[发明专利]应用于光纤时间传递的高精度时间间隔测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种应用于光纤时间传递的高精度时间间隔测量方法及装置，其采用脉冲填充的方法完成对被测时间间隔的粗测；采用本振频率信号与恢复出的载波频率信号进行鉴相的方法完成对所述被测时间间隔的细测；运算单元结合所述粗测和细测的结果，修正系统误差后得到对所述时间间隔的精确测量结果。本发明适用于光纤时间传递中，而且所传递的时间信号和频率信号是同源的情况。本发明的时间间隔测量精度可以达到3ps。与现有的时间间隔测量方法相比，本发明具有测量精度高，成本低的特点。

技术领域

本发明属于时间同步技术领域，涉及高精度时间间隔测量方法，尤其是一种应用于光纤时间传递的高精度时间间隔测量方法及装置。

背景技术

在诸多时间同步方法中，光纤时间传递的方法可以达到较高的的同步精度，而且设备价格远低于卫星双向比对法，所以光纤时间传递方法有广阔的应用前景。要实现高精度的光纤时间传递，首先要对时间信号在光纤中的传输时延进行精确测量，然后根据测量的结果对时间信号进行准确地控制，从而达到高精度的同步。制约光纤时间传递的同步精度的一个重要因素是对时间信号传输时延的测量，也就是时间间隔测量。

目前，光纤时间传递中用到时间间隔测量的方法很多，常用的有TDC芯片法、FPGA法、时间间隔测量模块法、通用计数器法等。但是这些方法在光纤时间传递中都有些不足。采用TDC芯片法，虽然成本低、体积小，但是其测量范围小，约为几百ns～到几ms难以满足长距离使用，而且测量精度只能到22ps；采用FPGA法，成本低、体积小测量范围大，但是测量精度低只能达到几百ps；采用时间间隔测量模块法，例如安捷伦的U1050A，虽然精度高达5ps，但是成本太高，采用通用计数器法，如SR620和安捷伦53230，其测量精度可以达到20ps，测量范围也能很大，但是体积大成本高，不适合在光纤时间传递设备中使用。

本发明提出了一种应用于光纤时间传递的高精度时间间隔测量方法，其适用于光纤时间传递中，而且所传递的时间信号和频率信号是同源的情况。本发明充分考虑光纤时间传递系统的特点，利用传递过程频率信号与时间信号的相关性，采用脉冲填充粗测和频率信号鉴相细测相结合的方法，实现了高精度时间间隔测量，测量精度可达3ps，测量范围可达±10000s，而且成本低易于集成，非常适合在光纤时间传递设备中应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种应用于光纤时间传递的高精度时间间隔测量方法及装置，其充分考虑光纤时间传递系统的特点，利用传递过程频率信号与时间信号的相关性，采用脉冲填充粗测和频率信号鉴相细测相结合的方法，实现了高精度时间间隔测量，而且成本低易于集成。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种应用于光纤时间传递的高精度时间间隔测量方法，采用脉冲填充的方法完成对被测时间间隔的粗测；采用本振频率信号与恢复出的载波频率信号进行鉴相的方法完成对所述被测时间间隔的细测；运算单元结合粗测和细测的结果，修正系统误差后得到对时间间隔的精确测量结果。

本发明还提出一种实现上述应用于光纤时间传递的高精度时间间隔测量方法的时间间隔测量装置：包括光电探测器，所述光电探测器的输入端连接光纤，光电探测器的输出端一路连接有载波恢复器，另一路连接有解码器；所述载波恢复器的输出连接有线性鉴相器，所述线性鉴相器的输出连接有AD转换器；所述解码器的输出端连接有脉冲填充测量器，所述脉冲填充测量器的输出端连接有运算单元的输入端，所述运算单元的输入端还与AD转换器的输出端连接；所述运算单元的输出端作为时间间隔测量结果输出；所述脉冲填充测量器的输入端还连接有N倍频器，所述N倍频器和线性鉴相器均输入有同一参考频率信号。

进一步，以上所述装置的工作过程具体包括以下步骤：

1)来自光纤的光信号经过光电探测器转换为电信号；