[发明专利]高精度光纤双向时间比对方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤时间频率传递技术领域，具体是一种高精度光纤双向时间比对方法与系统。

背景技术

高精度的时间同步技术在卫星导航、航空航天、深空探测、地质测绘、通信、电力传输和科学研究与计量等领域有着重要的应用价值。目前传统高精度时间同步技术主要由GPS共视、卫星双时间比对等。GPS共视法所需的设备相对简单、成本低，但精度难以达到纳秒量级。卫星双向时间比对的精度可以达到亚纳秒量级，但利用专用卫星的自由空间链路的稳定性(尤其是短期稳定性)容易受到干扰，其精度很难进一步提高，而且存在安全性及设备昂贵等问题。

光纤通路具有稳定性高(特别是在短时间内尺度上)、损耗低、受外界环境影响小、带宽高等优点。上世纪八十年代就引起了研究者的关注。随着光纤通信、光网络技术的迅猛发展，以及对时间同步精度等要求的提高，基于光纤的时间同步引起了越来越多的研究者的关注，取得了相当大的进展，并已得到部分应用。

基于光纤通路的高精度时间传递主要有环回法(Round-trip)时间传递和双向时间比对两种方式。Round-trip时间传递方式中，通过远端返回的信号实现链路时延的锁定，再标定出传输链路的时延，从而实现时间的传递。波兰AGH理工大学报道了基于该方案的420公里光纤时间和频率传递实验，时间传递的精度分别达到1ps/d[1]。基于类似方案，法国的激光物理实验室(LPL)报道了采用德国TimeTech公司卫星双向时间比对调制/解调器(SATRE)的540公里时间和光载波频率传递实验，时间传递的精度分别达到50ps/s[1]。基于WDM全光通路的双向时间比对方式类似于卫星双向时间比对，通过两端同时向对方发送本地定时信息(1PPS)，利用通路的对称性消除链路时延，得到两地的钟差。捷克教育科研网(CESNET)报道了基于该方案的744公里单纤双向时间比对实验，平均时间500秒的稳定度达8.7ps[3]。瑞典SP技术研究所利用其国内的WDM光网络进行了560公里的双向时间比对，并与载波相位的同步结果进行了比较，相差<1ns。

为了抑制后向瑞利散射和菲涅耳反射对传输信号的信噪比，上述两种方案均采用双向WDM传输方式(即两个方向采用不同的发送波长)，存在光纤色散效应引起的双向不对称性，而且距离越长，不对称性越大，限制了基于长距离双向时间比对的精度。对于round-trip来说，由于实际网络中不同链路上的光纤色散特性的差异，当进行数千公里长距离时间传递时很难对链路延时进行准确的标定。德国PTB采用TimeTech公司的SATRE进行了73公里的双向时间比对实验[4]。该方法采用扩频编码技术，可以实现同波长同纤双向时间比对。但高精度的扩频编码/解码技术复杂，成本很高。

[1]P.Krehlik,A.Czubla,et al.,Dissemination of time and RF frequency via a stabilized fibre optic link over a distance of420km,Metrologia,50(2):133-145,2013.

[2]Lopez,Olivier,et al.Simultaneous remote transfer of accurate timing and optical frequency over a public fiber network.Applied Physics B110.1(2013):3-6.

[3]V.Smotlacha,A.Kuna and W.Mache,Time transfer using fiber links,Proc.24th European Frequency and Time Forum,Noordwijk,The Netherlands,2010.

[4]D.Piester,M.Rost,M.Fujieda,et al.,Remote atomic clock synchronization via satellites and optical fibers,Adv.Radio Sci.,9(1):1-7,2011

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种突破后向瑞利散射噪声和色散限制的高精度时分复用光纤双向时间比对方法，并在该方法的基础之上提出了一种实现该方法的高精度双向时间比对系统。

本发明原理如下：