相位自校准的光纤微波频率绝对相位传递

提出一种相位自校准的光纤微波频率相位传递方案。该方案使用声表面波滤波器的冲激响应的窄带信号作为时间信号,使其与频率信号可同时使用同一波长进行传输。为实现稳定的可重复相位差,利用时间信号的往返传输时延来确定频率信号的整数个周期,并在多次重启的情况下验证了系统相位的稳定性。在60 km实验室平台上对所提方案进行验证,频率传递的稳定度优于4×10^(-14)@1 s,5×10^(-17)@10000 s。系统多次重启的情况下,所获得的平均相位差最大不一致的峰峰值为0.008 rad,对应于整个周期的0.15%,可保证较高的相位一致性。

环境自适应相位噪声抑制的光载时频传递技术

高精度、高稳定、高可靠的时间频率基准在导航定位、测量测控和协同组网等军民应用领域有着重要应用。基于光纤链路的时频传输能够有效突破传统微波链路精度低的技术瓶颈,而静态或动态的温度、振动等环境变化将引起传输光信号的相位抖动。高精度相位稳定纠正通常借助于比例-积分-微分(PID)反馈控制来实现,但常规PID存在参量不可在线调整、稳定性差等缺陷,尤其是瞬态强变化将导致系统难以工作。创新性地提出了一种基于单神经元的自适应PID控制器,实现了高精度光载时频传递的主动控制,通过自主在线学习可实现对环境变化的自适应纠正,恢复时间小于40个控制周期。

光纤时间频率信号传递研究

随着时间频率标准和光纤通信网络的发展,利用通信光纤传输时间频率信号体现出巨大的精度优势。报告了中国科学院国家授时中心在光纤时间频率传递方面的研究进展。利用PDH方法和超低膨胀系数玻璃光学参考腔获得用作光频传输光源的1.9 Hz线宽1 550 nm超稳窄线宽激光,并在实验室光纤上进行传输相位噪声抑制,获得8.5×10^(-17)的传输稳定度(110 km,秒稳),在实地光纤112 km上也获得了接近的光频传输稳定度。提出并验证光纤光频传递相位噪声的用户端补偿方法,可用于光频传输多用户网络。利用临潼—西安56 km实地光纤将UTC(NTSC)信号传递到西安航天城,实现两地的时间同步,同步稳定度优于30 ps。

用于光频传递的通信波段窄线宽激光器研制及应用

通信波段窄线宽激光器在基于光纤的光学频率传递中有着重要应用.本文报道了1550 nm超窄线宽光纤激光器的研制及其在光学频率传递中的初步应用结果.利用一台激光光源,分别锁定到两个参考腔上(精细度分别为344000和296000),锁定后经拍频比对测得单台激光线宽优于1.9 Hz,秒级频率稳定度为1.7×10-14,优于国内同类报道.将研制的超窄线宽激光器用于光纤光学频率传递,在50 km光纤盘上实现了7.5×10-17/s的传递稳定度,较采用商用光纤激光器提高了3.2倍.

精密时频传递技术综述

精密时间频率传递技术在当今众多领域中发挥基础支撑作用,同时也是UTC(coordinated universal time)、TAI(international atomic time)等国际时间标准建立和维持的关键技术之一。本文对3类主流的精密时频传递技术进行了研究。结果表明,卫星时频传递发展最为成熟,应用最为广泛,但同时也面临性能提升瓶颈及安全性、环境适应性等隐患;光纤时频传递利用先进的光纤传输技术,在传递性能方面具有一定的优越性,但易受环境温度等因素的影响,且在铺设范围、成本及灵活性方面存在局限性;激光时频传递利用卫星激光测距技术实现星地时钟的高精度比对,但该技术实施需要专用系统及设备,应用领域有限,目前主要应用于卫星导航系统性能增强。本文研究可为建设满足精度、稳定性、可靠性及安全性要求的国家时频体系提供参考。

200 km沙漠链路高精度光纤时频传递关键技术研究

针对沙漠环境实地链路存在的温度变化大、室外风力、地表振动等多种复杂噪声来源,通过对系统反馈补偿带宽、反馈补偿强度、光功率等时频传递系统关键参数的优化配置,研究了不同反馈补偿参数下复杂链路噪声的有效抑制技术.全链路的频率传递稳定度8×10^(-14)@1s,1×10^(-16)@1000 s,千秒尺度下时间信号传递的时间方差仅为1.2 ps.实现了氢钟信号在200 km量级沙漠环境实地链路的无损传输.该验证实验在基于短基线干涉测量的卫星测轨系统中发挥了重要作用.

光纤时间传输及相位补偿

介绍了国外几种利用光纤进行时间频率传递的方法和经验。对无补偿光纤时间频率传递方法、双向时间频率传递方法、光学机械温度补偿方法及电子共轭相位补偿方法作了较详细的描述。光纤时延主要随温度而变化,在200km以内,时延的日变化为几纳秒,月变化为十几纳秒。在50km内利用光纤传输100MHz频率信号时,在不补偿情况下频率稳定度为:3×10-14/s,1×10-15/d;光学补偿后的频率稳定度可达到1.5×10-14/s,1×10-17/d。电子共轭相位补偿后,温度变化20℃引起的相位变化降低了45倍。光纤传输对短期频率稳定度影响较小,对日及更长期的频率稳定度影响较大。

国家授时中心长距离光纤光学频率传递研究进展

光纤光学频率传递是新一代时间频率体系和地基授时系统的重要组成部分,利用光纤实现高精度光学频率传递具有明显的精度优势和应用前景。本文报道了中国科学院国家授时中心在高精度光纤光学频率传递方面的研究进展。112 km实地光纤上国内首次实现万秒稳定度7.5×10^(-20)的光频传递;利用光外差锁相方案实现了光频级联传递技术突破,在224 km实地光纤上光频传递稳定度万秒稳定度7.7×10^(-19);首次提出并验证了一种基于本地测量的光纤光频双向比对,50 km频率比对稳定度秒稳达到1.2×10^(-16),4万秒稳定度达到1.3×10^(-21)。最新进展为在860 km实地光纤上实现了稳定度2×10^(-19)@200 s的光频传递。

光纤时间频率传输数字相位补偿方法

为提高光纤时间频率传输的精度,提出了数字移相补偿方法。该方法采用单片机量化发送端和接收端射频信号的相位差,然后再控制数字移相器调整发送端射频信号相位,使二者相位趋于一致,实现传输光纤引起相位变化的前置补偿,从而提高时间频率传输精度。实验表明,该系统可将发射端信号和接收端信号的相位差减少到5°以内。

基于实地光纤的双向量子时间传递实验研究

高精度的时间传递技术已经广泛地应用在守时授时、导航定位、科学研究等各个领域。量子时间传递技术利用频率纠缠脉冲作为时间信号的载体,结合高精度的量子测量技术可以极大地提高时间传递精度。由于频率纠缠脉冲自身的高度关联性,量子时间传递技术具有更高的安全性。本文在9.76 km的实地光纤中开展了双向量子时间传递实验研究,得到的时间传递稳定度在平均时间是10 s时为1.55 ps,平均时间是20480 s时为92 fs。飞秒量级的双向量子时间传递结合其安全性优势,有望在高精度的中长途传递系统中获得广泛应用。

一种增强型PTP光纤级联精细时频同步方法

该文提出了一种增强型PTP光纤级联精细时频同步方法,该方法以PTP同步技术为基础,结合同步以太网时钟传递技术和基于数字双混频时差法的多级级联精细时钟同步技术,对PTP技术进行改进和增强,然后基于该方法,通过多级时频设备光纤级联的形式实现多节点、大跨度、网络化的时频信号传递与同步输出,并解决多级级联情况下同步精度会逐级恶化的问题,实现ns量级的系统时间同步精度,保证系统各环节在高度统一的时间尺度下进行高效同步与联动工作。通过设计、试验,验证了该方法的可行性和有效性。

光纤双向时间传递的误差分析

介绍了光纤双向时间传递的基本原理和系统组成，通过对信号传输链路分析，推导出了影响时间同步精度的误差来源。详细分析了来回光纤链路不对称性、光器件处理、时间间隔测量等引人的误差对时间同步精度的影响，从理论上计算出各项影响因素引入误差的量值。提出了降低误差、提高系统同步精度的方法。通过理论分析和计算得出光纤双向时间传递系统同步精度可达亚纳秒量级。

2.5Gbit/s二维OCDMA系统研究

报道一种新的二维光码分多址(optical code division multiple access,OCDMA)系统实验,在有干扰用户的情况下,实现了G.652单模光纤100 km传输,数据速率2.5 Gbit/s,误码率小于10-9的系统传输性能.系统采用自制的增益开关分布反馈激光器作为超短脉冲编码光源,研制基于分段采样啁啾光纤光栅的时频域二维光编/解码器;测试无干扰用户时的编码波形解码波形,以及有干扰用户时的编码波形和解码波形,获得较好的光编解码性能和抗干扰性能.结果表明,该系统传输性能好、抗干扰性强、安全可靠、结构简单且实用性强,为OCDMA系统在解决光信号安全传输、光码分多址扩容、光码分多址接入,及光码标记交换等全光通信、网络应用问题,提供了一个高效可行的实用化优选方案.

高精度时频信号的远距离传输技术

本文讨论了采用光纤双向时间传输方法实现高精度时间和频率信号远距离传输的技术,分析了该技术的实现原理并进行了验证实验,结果表明:时间信号经过1km的光纤传输距离,其时间传递精度优于0.2ns,频率信号稳定度传输插损小于0.4,相位噪声传输插损小于2dB.该技术可为卫星导航系统主控站设备的远距离布设提供有效的技术支持。

高精度光纤微波时频传递技术

光纤微波时频传递技术具备高可靠性、高稳定性、高精度以及低损耗等优点,能够为航空航天、国防建设、高速通信行业等提供高精度的时间频率参考基准。如何克服现有光纤时频传递技术中存在的时刻同步精度低、网络化和一体化技术不成熟等问题,同时还能保证系统在长距离传输时不会导致同步精度显著下降,成为光纤时频传输领域核心研究问题。综述了光纤微波时频传递研究领域的进展,从传统的时频传递技术切入,介绍了时频一体化传递新技术,并对光纤微波时频传递技术的应用前景进行了展望。

高精度授时技术发展现状分析

随着现代导航、航天、通信、电力特别是军事领域需求的发展,获得统一标准的时间显得越来越重要,时间频率体系的性能高低体现了一个国家的科技综合实力。系统地介绍了当前具有代表性的高精度授时技术,主要包括无线电授时、卫星授时、光纤授时等,综合归纳了高精度授时方法的优缺点。针对美军提出的"授时战"概念,结合我国相关领域主要是军队需求,对不同授时技术的应用前景进行了探讨,论述了构建光纤网络时间传递系统的必要性,并分析了所面临的技术难点。

时间频率传递技术研究进展

时间频率传递技术在定位导航、高速通信、基础物理学、国防工业等领域有重要应用。为了使交叉学科研究学者快速了解时频传递领域的研究现状,开展了时频传递技术的综述工作。首先,系统地介绍了时频传递技术的常用手段及其基本原理,分析各技术方案的主要特点、应用背景和研究现状;然后,通过对比各技术体制的技术指标、固有特点和应用场景,总结了各传递体制的主要研究问题和发展趋势,为相关领域工作的开展提供技术支持。

高精度光纤时间频率一体化传递

为满足各工程应用领域对于高精度时间频率同步的需求,降低系统复杂度,保障大规模光纤时频传递网络的顺利建设,该文提出基于伪码调制技术的光纤时间频率一体化传递方法,设计并搭建了光纤时间频率一体化传递系统,完成了光纤单向和双向时频一体化传递。在单向时频传递试验中,分析了温度变化对于系统传输时延的影响;在双向时频传递试验中,实现了时间频率的高精度传递,系统附加时间传递抖动为0.28ps/s,0.82ps/1000s,附加频率传递不稳定度为4.94×10^-13/s,6.39×10^-17/40000s。试验结果表明,该方法实现了时间、频率一体化高精度同步,且系统附加时间传递抖动优于目前各光纤时间同步方案。

光纤时频传递技术进展

光纤信道具有传输稳定、带宽大、不易受干扰等特点,近年来在高精度时间频率传递方面得到广泛的应用。目前,在区域地区内通过光纤网络传递时间频率信号的实现方案主要分为3类:光纤微波时间频率传递方案、光纤光频传递方案、基于光学频率梳的光纤时间频率传递方案。最新的报道表明,光纤微波时间频率传递方案的频率传递稳定度已达到5×10^-19/d,时间传递稳定度达到11ps/d;光纤光频传递方案的频率传递稳定度达到7.5×10^-20/10ks;基于光学频率梳的光纤时间频率传递方案的频率传递稳定度达到1.7×10^-18/100s,时间传递稳定度达到飞秒量级。鉴于光纤时频传递技术的飞速发展,综述了光纤时间频率传递技术的发展历史,总结了各类光纤时频传递的具体实现方案及其性能,评述了各种光纤时频传递的实现方案。

发展中的光纤时频传递方法及实现

现代社会依赖于通信和通信的发展,看似无止境的通信业务发展离不开对同步和时间需求的不断提高。无论技术和协议如何,大量的通信研究都确认了这一点。本文研究的主要目标是开发新的基于光纤的时频传递方法。