[发明专利]一种基于单光子检测的光纤高精度授时装置和方法

权利要求书

1.一种基于单光子检测的光纤高精度授时装置，其特征在于，包括钟源、中心站、光纤和终端站；

钟源产生时钟信号和秒脉冲信号；

中心站基于时钟信号和秒脉冲信号产生经编码光脉冲信号，并经由光纤发送至终端站；

终端站将经编码光脉冲信号的一部分偏振旋转后经由光纤反射回中心站，并将剩余部分恢复成秒脉冲信号；

中心站基于单光子检测捕获偏振旋转后的经编码光脉冲信号，基于经编码光脉冲信号的发送时间和捕获时间之差计算预补偿延迟，并将后续产生的经编码光脉冲信号提前发送，提前量为预补偿延迟值；

其中，终端站恢复预补偿的编码光脉冲信号而得到的秒脉冲信号与中心站的秒脉冲信号同步。

2.根据权利要求1所述的基于单光子检测的光纤高精度授时装置，其特征在于，所述中心站通过以下式子计算预补偿延迟：

ΔT＝T_p+τ_c，

T_RT＝T_A-T_B，

T_p＝T_RT/2，

其中，ΔT为预补偿延迟，T_p为单向传播时延，τ_c为两端设备固定传播与测量时延，T_A为光脉冲信号的发送时间，T_B为返回光脉冲信号的捕获时间。

3.根据权利要求1所述的基于单光子检测的光纤高精度授时装置，其特征在于，所述中心站包括控制与延迟补偿模块、光窄脉冲产生模块、偏振分束器、单光子检测器和时间间隔测量模块；

控制与延迟补偿模块基于秒脉冲信号和时钟信号产生经编码电脉冲信号；

光窄脉冲产生模块接收经编码电脉冲信号用于对固定波长的窄脉冲光源进行调制，从而产生所述经编码光脉冲信号；

偏振分束器使具有特定偏振方向的经编码光脉冲信号注入光纤，并从反射回的经编码光脉冲信号中滤波出偏振旋转后的经编码光脉冲信号；

单光子检测器捕获经滤波的编码光脉冲信号；

时间间隔测量模块记录经编码光脉冲信号的发送和捕获时间，并基于二者之差计算预补偿延迟；

控制与延迟补偿模块将后续产生的经编码光脉冲信号提前发送，提前量为预补偿延迟值。

4.根据权利要求1所述的基于单光子检测的光纤高精度授时装置，其特征在于，所述终端站包括法拉第偏振旋转镜、光电转换模块和秒脉冲恢复模块；

法拉第偏振旋转镜将经编码光脉冲信号的一部分偏振旋转后经由光纤反射回中心站，并使经编码光脉冲信号的其余部分通过；

光电转换模块将通过法拉第偏振旋转镜的经编码光脉冲信号转换为经编码电脉冲信号；

秒脉冲恢复模块对转换后的经编码电脉冲信号进行解码，得到秒脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的基于单光子检测的光纤高精度授时装置，其特征在于，所述中心站基于光缆长度估算单光子检测器针对反射的经编码光脉冲信号的开门时间，利用门延迟控制步进搜索单光子检测率的峰值点，将峰值检测率跟踪锁定时单光子检测器输出的电脉冲用于指示检测到终端站反射回的光脉冲信号。

6.一种基于单光子检测的光纤高精度授时方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)钟源产生时钟信号和秒脉冲信号；

(2)中心站基于时钟信号和秒脉冲信号产生经编码光脉冲信号，并经由光纤发送至终端站；

(3)终端站将经编码光脉冲信号的一部分偏振旋转后经由光纤反射回中心站；

(4)中心站基于单光子检测捕获偏振旋转后的经编码光脉冲信号，基于经编码光脉冲信号的发送时间和捕获时间之差计算预补偿延迟，并将后续产生的经编码光脉冲信号提前发送，提前量为预补偿延迟值；

(5)终端站接收预补偿的经编码光脉冲信号并恢复成与中心站的秒脉冲信号同步的秒脉冲信号。