[发明专利]基于光学主动补偿的光纤相位同步系统

说明书

本发明公开了一种基于光学主动补偿的光纤相位同步系统，包括：频率参考、锁相倍频器、脉冲发生器、激光器、1×2光耦合器、扰偏器、环形器、光学延迟线、光纤、解波分复用器、光电探测器、射频放大器、脉冲分配放大器、射频功分器、鉴相器、时间间隔计数器、延迟处理单元、驱动电路。本发明能够保证关闭重启或光纤路由改变等操作下的频率信号相位一致，实现相位同步，从而提升时频传递相干性，能够满足诸如分布式雷达阵列等相干探测应用的需求。

技术领域

本发明涉及光纤时频传递领域，具体地，涉及一种基于光学主动补偿的光纤相位同步系统，主要目的是利用光学延迟线主动补偿的方式，实现在不同系统状态下经过光纤传递后频率信号的相位都能保持一致，提升时频传递的相干性，可应用于相干阵列探测等领域。

背景技术

近年来，随着原子频率标准的迅速发展，时间和频率传递技术也在不断完善，以满足时钟比对、精准授时、精密计量、导航定位、雷达组网及深空探测等前沿基础研究及重大应用的需求。得益于光纤链路的低损耗、抗电磁干扰以及高可靠性等优点，光纤时频传递技术得到快速发展，其传输精度远高于传统的卫星传递方法，并且正活跃应用于各种领域中。

然而，对于目前的光纤频率传输方法，目标只是实现站间的频率同步，由于频率是相位的时间微分，也就是说在每次独立运行中频率信号的相位差只要稳定不变，频率差就为零，也就是频率实现同步。那么，当系统经历从关闭到重启等操作时，再次进入稳态后的相位差常数可能会发生改变，虽然频率仍保持同步。在相干阵列探测领域要求的不仅仅是频率同步，例如多输入多输出雷达要求所有发射和接收传感器必须有一个共同的相位基准，才能通过相干处理实现高目标定位精度。因此相位同步问题需要被重视起来。光纤相位同步要求通过光纤精确地实现不同站点间的频率信号相位一致，所以需确保系统在多次开关等改变状态后达到稳态时的相位差是一致的。

为了实现光纤相位同步，“H.Si,B.Wang,F.Wang,et al.Absolute PhaseSynchronization over Optical Fiber[J].Optics Express,2020,28(4):4603-4610.”提出了一种基于相位共轭方案的光纤相位同步方法。这个方案的本质是基于相位共轭的被动补偿方法，在基频、倍频信号之间采取混频操作，被动补偿光纤链路引起的相位变化，实现在关闭重启和光纤路径改变等操作下相位差可重复，给出的实验结果表明相位差相对于整个周期的一致性在2％以内，说明光纤相位同步是可行的。

由于上述技术方案采取的是被动补偿方式，只能针对特定频率信号实现相位同步，无法同时传输多个频率信号以及时间信号，一定程度上会限制其应用范围。本发明针对这些问题提供一种可行性系统方案，实现基于光学主动补偿的光纤相位同步。

发明内容

本发明提出一种基于光学主动补偿的光纤相位同步系统，基于一种相位主动补偿原理，结合脉冲时间间隔测量的周期分辨能力与频率相位测量的高精度特性，并利用光学延迟线主动补偿方式来实现高精度光纤相位同步。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于光学主动补偿的光纤相位同步系统，其特点在于，包括频率参考、锁相倍频器、脉冲发生器、第一激光器、第二激光器、第一1×2光耦合器、第一扰偏器、第一环形器、光学延迟线、光纤、第二环形器、第一解波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一射频放大器、第一脉冲分配放大器、射频功分器、第三激光器、第四激光器、第二1×2光耦合器、第二扰偏器、第二解波分复用器、第三光电探测器、第四光电探测器、第二射频放大器、第二脉冲分配放大器、鉴相器、时间间隔计数器、延迟处理单元、驱动电路；