[发明专利]高精度主动式光纤微波频率传递系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤时间频率传递技术领域，具体是一种高精度主动式光纤微波频率传递系统。

背景技术

时间频率作为一个基本物理量，在深空科学研究、基本物理常数测定和高精度时钟标准分布等领域有着广泛的应用。近年来，各国家(尤其是发达国家)对相关高新技术投入巨资，以支持其发展。而随着新技术的应用，现有频标的指标不断提升，其性能大约7～10年提高一个量级，目前最好的微波时钟参考源是基于铯的原子钟，其频率长期不稳定性在10^-16量级。高稳定度的原子钟的原理较为复杂、尺寸较大，无法便携搬运，且价格昂贵，所以除了高稳定度的频率基准外，还需有超稳定的频率传递方法。

现有长距离时间频率信号传递方式主要有GPS共视法时间频率传递方式、GPS载波相位法时间频率传递方式和卫星双向法时间频率传输方式。GPS共视法的长期稳定性为5×10^-14/day,GPS载波相位法以及双向卫星法的长期稳定性为2×10^-15/day。这显然不能满足远距离高稳定时钟的要求，在此背景下，使用光纤进行频率传递的方法应运而生。光纤具有损耗低、受外界环境影响小、高带宽、稳定性高等优点，是高稳定时钟传递的理想媒介。此外，目前的光纤通信网路十分发达，并且光纤大部分埋藏在地下，十分适合高稳定的频率信号的传递。

如果基于光纤的传递系统稳定性比高稳定的原子钟差，那么用户收到的频率信号是被恶化的。而光纤链路容易受到外界环境(如温度、振动)等的影响，会对传递的频率信号附加相位噪声，恶化频率信号的稳定性，因此要对光纤链路引入的相位噪声进行补偿。通常的方法是用环路法测得光纤链路引入的相噪，然后采用主动或被动的方式进行信号变换，得到相位共轭信号进行传递，这样在接收端得到的信号是相对纯净的。但是采用环路法有一定的问题，光在光纤链路前后向传输时会有后向散射的问题，目前解决的方法是采用波分复用的方式使用多个波长的光载波进行传递，然后在接收端通过光滤波器滤出对应的光载波，这样的方法在短距离传递信号时有很好的效果。然而不同波长光载波传输时会引起前后传递时延的不对称，在传递距离增长或温度变化较大时会影响频率的信号的长期稳定性。

一种简单的方式是使用不同波长的光传到不同的用户端，但这样一方面需要多信道的光信号，另一方面会引起前面所述的传递时延的不对称性。所以能够实现同纤同波且避免后向散射影响的频率传递方案具有重要的研究价值和应用前景。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种高精度光纤微波频率传递系统与方法。

本发明原理如下：

将前向信号传递到远端，使用环路法在本地端测得光纤链路引入的相位噪声，然后通过相位补偿模块驱动传递的前向信号为相位共轭信号。在远端，提取出从本地端传递的前向信号即为稳定的频率信号，分为两路，一路作为后向信号返回本地端，另一路给用户使用。其中传递的前向信号和后向信号均可通过信号变换，使前后向传递不同频率的微波信号，在接收端进行逆变换。这样由于本地端和远端传递的微波信号均不同，两端可以使用同一种光载波进行传递。使用同纤同波进行传递，保证了前后向传输时延的对称性，避免了传递不同波长对长期稳定性的影响；同时通过电滤波的方法将前后向传递的不同频率信号区分开来，避免了后向散射的影响。

本发明的技术解决方案如下：

一种高精度主动式光纤微波频率传递系统，该系统包括本地端、光纤链路和远端，本地端与远端通过光纤链路连接；

所述的本地端包括相位补偿模块，被传递的频率信号输入所述相位补偿模块的第一输入端，该相位补偿模块的输出端接第一功率分配器模块输入端，该第一功率分配器模块的第一输出端经第一信号变换模块、第一电光调制模块与第一环形器模块的输入端相连，该第一环形器模块的第三端口经所述的光纤链路与所述的远端第二环形器模块第三端口相连，所述的第一环形器模块的输出端经第一电光接收模块与所述的相位补偿模块的第二输入端相连，所述的第一功率分配器模块的第二输出端接所述的相位补偿模块的第三输入端；

所述的远端包括第二环形器模块，第二环形器模块的输出端经第二光电接收模块、第二信号变换模块与第二功率分配器模块的输入端相连，该第二功率分配器模块的第一输出端经第二电光调制模块接所述的第二环形器模块的输入端，所述的二环形器模块的第三端口经所述的光纤链路与所述的本地端的第一环形器模块的第三端口相连，所述的第二功率分配器模块的第二输出端为远端接收信号的输出端。