基于激光器的无线频率传输系统及其传输装置和传输方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光器的无线频率传输系统及其传输装置和传输方法，属于频率同步技术领域。该系统包括发送端和至少一个接收端，接收端包括光束返回单元，用于将接收的部分激光信号反射回给发送端；发送端还包括至少一对第三扩束镜和相位补偿单元，第三扩束镜用于将接收端返回的激光信号耦合到相位补偿单元，相位补偿单元用于实时对基准频率信号和接收端反射回的激光信号中调制的微波信号进行相位比较，根据相位误差调整激光信号的相位。本发明专利技术通过引入主动相位补偿环节，抑制了由于大气湍流、振动以及温度波动造成的相位波动，提高了自由空间的频率同步精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于激光器的无线频率传输系统及其传输装置和传输方法
本专利技术涉及频率同步
，尤其涉及一种基于激光器的无线频率传输系统及及其传输装置和传输方法。
技术介绍
高精度时频同步在现代科学实验与工程实际应用中扮演着十分重要的作用，其目的是使相距一定距离的两个点或多个点的基准频率信号源在相位与时间上达到同步。高精度同步技术在通信、雷达探测、遥测技术、导航系统、天文观测和基础科学研究等领域有着广泛的应用。在多点同步系统应用中，采用的最多的是给予频率信号传输的高精度同步技术。目前常用的频率信号传输方式包括无线射频传输，全球定位系统(GPS)和光纤频率传输技术。无线射频传输和GPS同步方式很容易受到环境的干扰，障碍物阻挡和大气波动等问题的影响，其同步精度受到很大的限制。近年来，利用基于激光信号在光纤信道上进行频率传输的同步方法开始受到人们的关注，但是其传输方式需要构建专用的光纤信道，在某些没有现成的光纤链路或者不方便搭建光纤链路的场合来说就无法使用光纤频率传输技术，这从一定程度上限制了光纤传输技术的发展。为了解决在某些客观条件限制不易于构建光纤链路的问题，需要采用一种基于自由空间信道的无线频率传输方式。因为在可视距离的情况(小于十千米)下，基于激光的无线频率传输技术提供了极为简便的同步方式，并且在该方式下其同步精度可以接近光纤频率传输的方法。如图1所示为一种双站间最基本的无线频率传输结构图。其原理是接收端10通过微波源101将传递的微波频率信号或者时间信号过调幅的方式调制到激光器102上，然后通过光学空间第一扩束镜103将激光信号发射到自由空间中。接收端20通过第二扩束镜201将激光信号聚焦到第二光电探测器202上，用以恢复微波频率信号或者时间信号。然而，采用激光实现自由空间无线频率传输中会面临如下问题：1)无线激光在空气传输中，由于大气湍流、振动以及温度波动等因素导致信号波形变形而产生相位抖动；2)光学平台、准直镜和反射镜的振动会导致光束发生波动，进而增加了接收信号的相对强度噪声。如此，降低了自由空间无线频率传输的同步精度和可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于激光器的无线频率传输系统及其传输装置和传输方法,以解决无线激光在空气传输中产生相位抖动、以及光束波动造成相对强度噪声，从而提高自由空间无线频率传输的同步精度和可靠性。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供的一种基于激光器的无线频率传输装置，应用于发送端10，该装置包括至少一对第三扩束镜104和相位补偿单元105，其中：第三扩束镜104，用于将接收端20返射回的激光信号耦合到相位补偿单元105；相位补偿单元105，用于实时对基准频率信号和接收端20反射回的激光信号中调制的微波信号进行相位比较，根据相位误差调整激光信号的相位。优选的，相位补偿单元105进一步包括移相器1051、第一光电探测器1052、鉴相器1053、处理器1054和光纤拉伸器1055，其中：移相器1051，用于调整基准频率信号的相位，并输出给鉴相器1053；第一光电探测器1052，用于通过光电转换将接收端20反射回的激光信号中调制的微波信号解调出来，并输出给鉴相器；鉴相器1053，用于对移相器1051输入的基准频率信号和第一光电探测器1052输入的微波信号的进行相位比较，并将相位误差输出给处理器1054；处理器1054，用于对相位误差信号进行计算，得到反馈驱动信号输出给光纤拉伸器1055；光纤拉伸器1055，用于根据反馈驱动信号调整激光器102的相位。优选的，该装置还包括：第一光束稳定单元106，用于调节从接收端20返回的激光信号的光束方向，以聚焦到相位补偿单元105的第一光电探测器1052的光电管。优选的，第一光束稳定单元106进一步包括第一高速转向镜1061、第一分束镜1062、第一波束位置传感器1063、第一PID比例积分微分控制器1064以及第一高速转向镜驱动器1065，其中：第一高速转向镜1061用于将输入的激光信号偏转后传递给第一分束镜1062；第一分束镜1062，用于将激光信号进行分解，得到一束目标激光信号；波束位置传感器1063，用于对目标激光信号的位置进行探测，得到位置误差信号，并传递给PID控制器1064；第一PID控制器1064，用于根据位置误差信号得到位置调整电压，并输出给第一转向镜驱动1065；第一转向镜驱动1065，用于根据位置调整电压控制第一高速转向镜1061的转动。优选的，第一转向镜驱动1065具体用于：根据位置调整电压在X轴和Y轴两个维度上控制第一高速转向镜1061的偏转。根据本专利技术的另一个方面，提供的一种基于激光器的无线频率传输装置，应用于接收端20，该装置包括：光束返回单元203,用于将接收的部分激光信号反射回给发送端10。优选的，光束返回单元203进一步包括：分束镜2031，用于将激光信号分解成具有预设的光强比的透射光与反射光，并将透射光传递给第二扩束镜201，反射光传递给反射镜2032；反射镜2032，用于将分解的反射光返射回发送端10。优选的，该装置还包括：第二光束稳定单元204，用于调节接收到的激光信号的光束方向，以使激光信号聚集波束到第二光电探测器20的光电管。根据本专利技术的再一个方面，提供的基于激光器的无线频率传输系统，包括发送端10和至少一个接收端20，发送端10包括上述应用于发送端10的基于激光器的无线频率传输装置，接收端20包括上述应用于接收端20的基于激光器的无线频率传输装置。根据本专利技术的又一个方面，提供的一种基于激光器的无线频率传输方法，应用于发送端，该方法包括：将基准频率信号加载到激光器102上；产生连续的激光信号调制基准频率信号；将已调制激光信号耦合到自由空间传递出去；接收接收端反射回的激光信号；实时对基准频率信号和反射回的激光信号中调制的微波信号进行相位比较，根据相位误差调整激光信号的相位。优选的，该方法还包括：将反射回的激光信号聚集波束送入第一光束稳定单元106进行光束位置稳定。根据本专利技术的又一个方面，提供的一种基于激光器的无线频率传输方法，应用于接收端，该方法包括：将激光信号分解成具有预设的光强比的透射光与反射光；将透射光传递给第二扩束镜201，反射光返回至发送端10。优选的，该方法还包括：第二扩束镜201将接收到的激光信号聚集波束送入第二光束稳定单元204进行光束位置稳定。本专利技术实施例的基于激光器的无线频率传输系统及其传输装置和传输方法，通过在接收端返回部分激光信号，发送端引入主动相位补偿环节，抑制了由于大气湍流、振动以及温度波动造成的相位波动，从而极大提高了自由空间频率传输系统的同步精度和可靠性。此外，通过引入光束稳定单元来调节高速转向镜来解决光束位置的波动，避免了光束随环境影响波动带来的相位噪声，进一步提高了自由空间频率传输系统的同步精度和可靠性。附图说明图1为本专利技术相关技术一种基于激光器的无线双站频率传输系统的原理框图。图2为本专利技术实施例一提供的应用于发送端的基于激光器的无线频率传输装置的结构示意图。图3为本专利技术实施例二提供的相位补偿单元的结构示意图及相位补偿原理图。图4为本专利技术优选实施例三提供的一种基于激光器的无线频率传输装置的结构示意图。图5为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光器的无线频率传输装置，其特征在于，该装置还包括至少一对第三扩束镜(104)和相位补偿单元(105)，其中：所述第三扩束镜(104)，用于将接收端(20)返射回的激光信号耦合到相位补偿单元(105)；所述相位补偿单元(105)，用于实时对基准频率信号和接收端(20)反射回的激光信号中调制的微波信号进行相位比较，根据相位误差调整所述激光信号的相位。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光器的无线频率传输装置，其特征在于，该装置还包括至少一对第三扩束镜(104)和相位补偿单元(105)，其中：所述第三扩束镜(104)，用于将接收端(20)返射回的激光信号耦合到相位补偿单元(105)；所述相位补偿单元(105)，用于实时对基准频率信号和接收端(20)反射回的激光信号中调制的微波信号进行相位比较，根据相位误差调整所述激光信号的相位。2.根据权利要求1所述的基于激光器的无线频率传输装置，其特征在于，所述相位补偿单元(105)进一步包括移相器(1051)、第一光电探测器(1052)、鉴相器(1053)、处理器(1054)和光纤拉伸器(1055)，其中：所述移相器(1051)，用于调整基准频率信号的相位，并输出给所述鉴相器(1053)；所述第一光电探测器(1052)，用于通过光电转换将接收端(20)反射回的激光信号中调制的微波信号解调出来，并输出给所述鉴相器；所述鉴相器(1053)，用于对所述移相器(1051)输入的基准频率信号和所述第一光电探测器(1052)输入的微波信号的进行相位比较，并将相位误差输出给所述处理器(1054)；处理器(1054)，用于对所述相位误差信号进行计算，得到反馈驱动信号输出给所述光纤拉伸器(1055)；光纤拉伸器(1055)，用于根据所述反馈驱动信号调整所述激光器(102)的相位。3.根据权利要求2所述的基于激光器的无线频率传输装置，其特征在于，该装置还包括：所述第一光束稳定单元(106)，用于调节从接收端(20)返回的激光信号的光束方向，以聚焦到所述相位补偿单元(105)的第一光电探测器(1052)的光电管。4.根据权利要求3所述的基于激光器的无线频率传输装置，其特征在于，所述第一光束稳定单元(106)包括第一高速转向镜(1061)、第一分束镜(1062)、第一波束位置传感器(1063)、第一PID比例积分微分控制器(1064)以及第一高速转向镜驱动器(1065)，其中：所述第一高速转向镜(1061)用于将输入的激光信号偏转后传递给所述第一分束镜(1062)；所述第一分束镜(1062)，用于将所述激光信号进行分解，得到一束目标激光信号；所述波束位置传感器(1063)，用于对所述目标激光信号的位置进行探测，得到位置误差信号，并传递给所述PID控制器(1064)；所述第一PID控制器(1064)，用于根据所述位置误差信号得到位置调整电压，并输出给所述第一转向镜驱动(1065)；所述第一转向镜驱动(1065)，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈诗军，侯冬，龚翠玲，陈大伟，陈强，王园园，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44