[发明专利]基于脉冲光调制的光时延测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于脉冲光调制的光时延测量方法，用单频微波信号对光脉冲信号进行强度调制，并以生成的光载微波信号对待测光链路进行探测；对探测光信号进行光电转换，并从转换后的电信号中提取出单频微波信号的同频分量；在光脉冲信号的脉宽时间内对单频微波信号以及单频微波信号的同频分量同时进行数字化采样，并在数字域得到两者之间的相位差；以光脉冲信号的发出时刻至采样时刻之间的时间作为待测光链路的光时延粗测值，并基于光时延粗测值解算出整周模糊度，进而解算得到待测光链路精确的光时延。本发明还公开了一种基于脉冲光调制的光时延测量装置。本发明具有测量速度快，结构简单，实现成本低,不易受环境影响的优点。

技术领域

本发明涉及一种光时延测量方法，属于光测量技术领域。

背景技术

时延是信号产生、传输、控制中的基础参量，随着光类电子信息系统的快速发展，构成该类系统的承载网、核心网、骨干网都是由各种光链路类产品组成。而各类光链路类产品在生产、应用、维护全过程都需要对光链路延时进行精密高速测量。对光链路中时延进行快速稳定地测量成为5G通信、光控相控阵、分布式雷达网络等高性能信息系统研究和应用的关键。

常用的光时延测量方法主要有脉冲法、扫频干涉法、相推法三种。脉冲法即为时域法，直接记录发射光脉冲信号与接收光脉冲信号的时间间隔得到待测光时延。脉冲法通常以光链路中脉冲的后向散射信号为接收信号，但散射信号较弱，系统信噪比不高，测量精度受限。而受色散等非线性效应限制，脉冲能量不能无限提高。因此脉冲法精度不高，常为米量级。同时由于脉冲宽度的限制，该测量方法存在测量盲区。扫频干涉法又称为频域法，利用连续扫描的激光器和干涉结构，可获得较高的测量精度，精度能达到毫米量级，但对扫频激光器的要求较高，价格昂贵；而且受限于激光器的线宽和扫频的线性度，往往需要一个辅助干涉仪校正光源的调频非线性，随着测量范围的增大，精度也会恶化。也可以利用相干光干涉条纹计数法实现基于干涉结构的光时延测量，通过观察干涉条纹间距测量测量时延，此类方法结构复杂实现难度大，常用于空间光的时延测量。

相推法利用链路传输时相位变化解算光时延，精度较高，常在亚毫米级，但是为保证测量精度，往往需要测量较高频信号的相位，由于高频鉴相器往往需要采用变频，易引入额外的噪声，带来误差。此外为获得高频信号的整周模糊度，需要在一定范围内扫频，获得多个频点的相位，不仅提高了系统成本和复杂度，也限制了该方法的测量速度。

综上，现有技术存在以下缺点：(1)脉冲法精度较差，仅为米级；(2)扫频干涉法对器件要求高，成本高且测量范围较短；(3)相推法需要扫频，测量速度受限且高频鉴相易引入误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于脉冲光调制的光时延测量方法，避免了传统相推法中需要扫频解算整周模糊的缺陷，并通过数字域的方法快速获得相位，提升了测量速度，具有测量速度快，结构简单，实现成本低,不易受环境影响的优点。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

基于脉冲光调制的光时延测量方法，用单频微波信号对光脉冲信号进行强度调制，并以所生成的光载微波信号作为探测光信号对待测光链路进行探测；对探测得到的携带了待测光链路时延信息的探测光信号进行光电转换，并从转换后的电信号中提取出所述单频微波信号的同频分量；以所述光脉冲信号的同步输出电脉冲信号为参考触发，在所述光脉冲信号的脉宽时间内对所述单频微波信号以及所述单频微波信号的同频分量同时进行数字化采样，并在数字域得到两者之间的相位差；以所述光脉冲信号的发出时刻至采样到所述单频微波信号的同频分量的时刻之间的时间作为待测光链路的光时延粗测值，并基于光时延粗测值解算出整周模糊度，进而解算得到待测光链路精确的光时延。

优选地，整周模糊度N使用以下公式解算：

N＝[f_mτ₁]