[发明专利]高精度分布式光纤频率传递方法

说明书

一种高精度分布式光纤频率传递方法，将本地端被传递频率信号二分频后作为探测信号，通过双向波分复用在本地端和远端间往返传输，在本地端得到包含光纤链路相位噪声的探测信号；返回的探测信号与本地被传递频率信号混频、滤波得到相位共轭信号，将相位共轭信号通过另一个波长信道上发送到光纤链路上；所有用户探测出前向共轭信号和后向探测信号，混频得到稳定的频率信号；远端将接收到的前向相位共轭信号和前向探测信号混频得到稳定的频率信号。本发明避免了后向散射噪声对频率传递短期稳定性的影响；用户共用相同波长，降低了用户增加对频率传递长期稳定性的影响和成本；采用无源补偿，具有相对简单、无限的动态范围和快速补偿的优势。

技术领域

本发明涉及光纤时间频率传递技术领域，具体是一种分布式光纤频率传递方法。

背景技术

近些年来，随着科技的不断发展，原子频标的稳定度得到了极大的提升。与此同时很多领域例如深空探测、粒子加速器、导航通信以及诸如阵列雷达等国防应用对于高稳定度的频率源以及远距离频率同步的需求与日俱增。但是这些高稳定频率源的价格非常昂贵，通常情况下体积巨大且需要在理想的环境下运作，因而长距离传递高稳定的频率信号和远距离的信号同步具有非常重大的意义。

传统的频率传递方案主要有基于GPS的频率传递方案和基于卫星双向比对的传递方案等。上述方案由于传递链路开放性高，在频率传递过程中容易受到多径效应等因素的干扰，能够提供的系统长期稳定度只能达到10^-15量级，已经不能满足现有应用的需求。相比较而言，光纤频率传递方案具有带宽大、损耗低、封闭性好和抗电磁干扰等优势，因而使用光纤通信网传递高稳定度的频率信号得到了广泛的关注和研究。

使用光纤通信网传递频率信号时，光纤链路受到外界环境的波动会对被传递的频率信号引入相应的相位噪声，从而影响被传递频率信号的稳定度，因此对传递过程中引入的相位噪声进行补偿是必不可少的。现有的基于微波强度调制的光纤频率传递主要分为主动相位噪声补偿方案和被动相位噪声补偿方案。主动相位噪声补偿方案使用环路法提取链路抖动引入的噪声，通过算法驱动制动器来达到补偿目的。此方案需要精确的延时抖动测量和复杂的算法，并受限于制动器的动态范围。另一种方案采用混频的方式实现相位的补偿，避免了复杂的算法，同时具有无限的动态范围和快速的补偿速度。

为了拓展光纤频率传递的应用范围，如满足分布式雷达、阵列天线等应用场景，我们需要分布式的频率传递方案。为了实现高性能低成本的方案，我们需要解决后向散射、对称性以及系统复杂度等问题，现有的方案基本没能同时兼顾这几个方面。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于混频方案的分布式光纤频率传递方法。该方法基于分频技术产生探测信号，在本地端利用混频方式实现相位共轭，在用户节点利用混频方式实现链路时延抖动的相消来得到稳定的频率信号。采用了WDM的方法来区分前后向波长来消除后向散射的影响，同时所有用户共用相同的波长，避免了波长随着用户节点增多而增多，保证了前后向时延的对称性，从而可以达到很好的长期稳定性。

本发明的技术解决方案如下：

一种高精度分布式光纤频率传递方法，分布式光纤频率传递系统包括本地端、光纤链路、多个用户端、远端，本地端与远端位于光纤链路的两端并通过光波分复用器与光纤链路相连，多个用户端通过光耦合器接入所述的光纤链路，其特点在于，该方法包括下列步骤：

1)本地端被传递的频率为f的频率信号经功率分配器功分成两路，一路输入双混频模块，另一路经二分频器产生频率为f/2的二分频信号，并将该二分频信号作为探测信号，该探测信号经电光调整器调制到波长为λ₁的光载波上，称为前向探测信号，通过光波分复用器经光纤链路发送到远端；

2)所述的远端将接收到的探测信号调制到波长为λ₂的光载波上，通过光波分复用器经所述的光纤链路发送返回本地端，称为后向探测信号；