一种基于双向扩频测距的光纤时间频率传递方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于双向扩频测距的光纤时间频率传递方法、装置及系统，解决大型地面站光纤拉远系统中时间频率信号传递及同步的问题。系统包括传递前端节点和接收终端节点以及连接在传递前端节点和接收终端节点之间的一条光纤传递链路；所述传递前端节点和接收终端节点的组成结构相同均分别包括一个双向时间比对模块、一个扩频发射模块、一个扩频码生成模块、一个扩频接收模块、两个模拟电光转换器、两个模拟光电转换器、一个波分复用器、一个频率恢复模块和一个时间生成与同步模块。本发明专利技术采用了光纤有线传递及扩频伪码测量技术，且光纤传递信号时的载噪比很高，在提高测距精度的同时避免了额外的比对数据传递链路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及时频测控领域，尤其涉及大型地面站分布式组网系统的时间同步技术，特别是在高精度时间同步技术范畴提出了一种基于双向扩频测距的光纤时间频率传递方法、装置及系统。
技术介绍
在大型地面站(如：卫星导航系统、移动通信系统等)分布式组网机房之间进行时频信号传输时，实现传递前端节点与接收终端节点远距离高保真的时频信号传递是非常重要的，它要求传递到接收终端节点的时频信号在较长的距离内实现阻抗匹配、较低的幅度损耗、较少的噪声插损、较高的时间同步精度等的信号指标需求。光纤时间频率传递技术因其传输衰减小、稳定度插损少、实现成本低、配置简单、方便灵活，在实现大型地面站系统组网时频信号传输时是一种比较理想的传递手段。其技术特点是将传递前端节点的时频信号通过光纤传递到接收终端节点，然后接收终端节点对接收到的时频信号进行再生式恢复、放大及分配，最后得到满足接收终端节点指标要求的各类时间频率信号。这种技术可以补偿长距离传输对信号质量的衰减，提供与传递前端节点相当的信号指标，保证了接收终端的信号质量。在光纤时间频率传递技术中，由于距离较远使得传递前端节点与接收终端节点之间的时频信号无法直接恢复和测量，需要解决远程的时频信号传递、数据传递问题；此外，接收终端节点对时频信号进行恢复后的相位是任意的，这就要通过相位测控技术实现节点之间的相位及时间同步。在光纤时间频率信号传递技术中目前常用的方法有单向传递法、双向环路传递法、双向r>比对传递法。单向传递法实现较为简单，传递前端节点将自己的时间频率信号以数字编码方式通过光模块传递给接收终端节点，接收终端节点恢复时频信号后对终端节点的用户进行单向时间同步，这种方法的同步精度最高只能到纳秒量级。双向环路传递法是将的传递前端节点的时间频率通过数字调制经过光模块传输到接收终端节点，接收终端节点恢复时频信号后再将恢复的信号反向回传到传递前端节点，传递前端节点的时间间隔计数器测量两个时频信号之间的来得到环路总时延，最后估算接收终端节点的与传递前端节点的时差并对发送终端节点进行时差补偿，实现时间同步。这种方法因为来回链路是对称的，比对精度也很高，可以优于0.5纳秒；但缺点主要是因为是在发送前端对链路传递时延补偿进行调整，当链路传递较远时存在调整滞后问题，影响接收终端的信号指标。目前的双向比对传递法采用的是传递前端节点和接收终端节点互相收发时间信号(如1PPS、时间码)，收发信号一般通过复用技术耦合在一根光纤中传递，在恢复接收到的对方时间后，通过本地的时间间隔计数器测量两个时间信号之间相位差，然后交换对方的时延数据，利用时间比对算法得到与对方的时间差，通过本地相位调整与对方进行时间同步；另外，该方法结合单向时间频率传递法特点将传递前端节点的频率信号传递给接收终端节点，实现频率信号传递。目前，光纤双向时间频率传递法同步精度最高，参考国内外光纤双向时间比对应用研究报告，同步精度一般会优于0.1纳秒。由于光纤双向时间频率传递比对法是在一根光纤内利用复用技术进行双向传输，双向比对的正向和反向链路对称，可有效抵消链路传输延时误差，得到较高的双向时间比对精度。但传统光纤双向比对方法对时频信号(如1PPS信号、B码信号)相位的编码和恢复影响比对精度，并且在双向比对过程中需要另外建立双向比对数据交换传输链路，导致装置实现复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述光纤时间频率信号传递中传统双向时间比对法面对的一些困难，提出了一种基于双向扩频测距的光纤时间频率传递方法、装置及系统，解决大型地面站光纤拉远系统中时间频率信号传递及同步的问题。本专利技术采用的技术方案是：一种基于双向扩频测距的光纤时间频率传递系统，包括传递前端节点和接收终端节点以及连接在传递前端节点和接收终端节点之间的一条光纤传递链路；所述传递前端节点和接收终端节点的组成结构相同均分别包括一个双向时间比对模块、一个扩频发射模块、一个扩频码生成模块、一个扩频接收模块、两个模拟电光转换器(分别为1#模拟电光转换器和2#模拟电光转换器)、两个模拟光电转换器(分别为1#模拟光电转换器和2#模拟光电转换器)、一个波分复用器、一个频率恢复模块和一个时间生成与同步模块；在传递前端节点中，扩频码生成模块接收本地时间基准1PPSA和本地频率基准fc，扩频码生成模块的输出端分别与扩频发射模块和扩频接收模块连接，扩频接收模块的输入端连接扩频码生成模块和1#光电转换器，双向时间比对模块的输入端与扩频接收模块连接，所述双向时间比对模块有两个输出端，其中一个输出端与扩频发射模块连接，另一个输出端与频率恢复模块连接，扩频发射模块的输入端与双向时间对比模块和扩频码生成模块连接，扩频发射模块的输出端与1#模拟电光转换器连接，波分复用器与1#模拟电光转换器、2#模拟电光转换器、1#光电转换器和2#光电转换器连接，频率恢复模块的输入端连接双向时间比对模块和2#光电转换器，频率恢复模块的输出端连接时间生成与同步模块；在接收终端节点中，扩频码生成模块接收本地时间基准1PPSB和本地频率基准fg，扩频码生成模块的输出端分别与扩频发射模块和扩频接收模块连接，扩频接收模块的输入端连接扩频码生成模块和1#光电转换器，双向时间比对模块的输入端与扩频接收模块连接，所述双向时间比对模块有两个输出端，其中一个输出端与扩频发射模块连接，另一个输出端与频率恢复模块连接，扩频发射模块的输入端与双向时间对比模块和扩频码生成模块连接，扩频发射模块的输出端与1#模拟电光转换器连接，波分复用器与1#模拟电光转换器、2#模拟电光转换器、1#光电转换器和2#光电转换器连接，频率恢复模块的输入端连接双向时间比对模块和2#光电转换器，频率恢复模块的输出端连接时间生成与同步模块。一个模拟电光转换器和一个模拟光电转换器为一对收发光模块，传递前端节点中的两个模拟电光转换器和两个模拟光电转换器组成两对收发光模块，在接收终端节点中的两个模拟电光转换器和两个模拟光电转换器组成两对收发光模块，传递前端节点中的一对收发光模块和接收终端节点中的一对收发光模块用于双向传递频率基准信号，传递前端节点中的另一对收发光模块和接收终端节点中的另一对收发光模块用于双向比对传递时间基准信号；传递前端节点和接收终端节点中的波分复用器均为四波分复用器，用于将上述四对收发光模块中的双向比对传递时间基准信号及频率基准复用在一根光纤中，实现传递前端节点与接收终端节点之间时间基准、频率基准的全双工信号传递。在传递前端节点中，扩频码生成模块130根据本地时间基准1PPSA的相位控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双向扩频测距的光纤时间频率传递系统，其特征在于：包括传递前端节点和接收终端节点以及连接在传递前端节点和接收终端节点之间的一条光纤传递链路；所述传递前端节点和接收终端节点的组成结构相同均分别包括一个双向时间比对模块、一个扩频发射模块、一个扩频码生成模块、一个扩频接收模块、两个模拟电光转换器、两个模拟光电转换器、一个波分复用器、一个频率恢复模块和一个时间生成与同步模块；在传递前端节点中，扩频码生成模块接收本地时间基准1PPSA和本地频率基准fc，扩频码生成模块的输出端分别与扩频发射模块和扩频接收模块连接，扩频接收模块的输入端连接扩频码生成模块和1#光电转换器，双向时间比对模块的输入端与扩频接收模块连接，所述双向时间比对模块有两个输出端，其中一个输出端与扩频发射模块连接，另一个输出端与频率恢复模块连接，扩频发射模块的输入端与双向时间对比模块和扩频码生成模块连接，扩频发射模块的输出端与1#模拟电光转换器连接，波分复用器与1#模拟电光转换器、2#模拟电光转换器、1#光电转换器和2#光电转换器连接，频率恢复模块的输入端连接双向时间比对模块和2#光电转换器，频率恢复模块的输出端连接时间生成与同步模块；在接收终端节点中，扩频码生成模块接收本地时间基准1PPSB和本地频率基准fg，扩频码生成模块的输出端分别与扩频发射模块和扩频接收模块连接，扩频接收模块的输入端连接扩频码生成模块和1#光电转换器，双向时间比对模块的输入端与扩频接收模块连接，所述双向时间比对模块有两个输出端，其中一个输出端与扩频发射模块连接，另一个输出端与频率恢复模块连接，扩频发射模块的输入端与双向时间对比模块和扩频码生成模块连接，扩频发射模块的输出端与1#模拟电光转换器连接，波分复用器与1#模拟电光转换器、2#模拟电光转换器、1#光电转换器和2#光电转换器连接，频率恢复模块的输入端连接双向时间比对模块和2#光电转换器，频率恢复模块的输出端连接时间生成与同步模块；一个模拟电光转换器和一个模拟光电转换器为一对收发光模块，传递前端节点中的两个模拟电光转换器和两个模拟光电转换器组成两对收发光模块，在接收终端节点中的两个模拟电光转换器和两个模拟光电转换器组成两对收发光模块，传递前端节点中的一对收发光模块和接收终端节点中的一对收发光模块用于双向传递频率基准信号，传递前端节点中的另一对收发光模块和接收终端节点中的另一对收发光模块用于双向比对传递时间基准信号；传递前端节点和接收终端节点中的波分复用器之间连接有一条光纤传递链路，传递前端节点和接收终端节点中的波分复用器均为四波分复用器，用于将上述四对收发光模块中的双向比对传递时间基准信号及频率基准复用在一根光纤中，实现传递前端节点与接收终端节点之间时间基准、频率基准的全双工信号传递。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双向扩频测距的光纤时间频率传递系统，其特征在于：包括传递前端节点和
接收终端节点以及连接在传递前端节点和接收终端节点之间的一条光纤传递链路；所述传递
前端节点和接收终端节点的组成结构相同均分别包括一个双向时间比对模块、一个扩频发射
模块、一个扩频码生成模块、一个扩频接收模块、两个模拟电光转换器、两个模拟光电转换
器、一个波分复用器、一个频率恢复模块和一个时间生成与同步模块；
在传递前端节点中，扩频码生成模块接收本地时间基准1PPSA和本地频率基准fc，扩频码
生成模块的输出端分别与扩频发射模块和扩频接收模块连接，扩频接收模块的输入端连接扩
频码生成模块和1#光电转换器，双向时间比对模块的输入端与扩频接收模块连接，所述双向
时间比对模块有两个输出端，其中一个输出端与扩频发射模块连接，另一个输出端与频率恢
复模块连接，扩频发射模块的输入端与双向时间对比模块和扩频码生成模块连接，扩频发射
模块的输出端与1#模拟电光转换器连接，波分复用器与1#模拟电光转换器、2#模拟电光转换
器、1#光电转换器和2#光电转换器连接，频率恢复模块的输入端连接双向时间比对模块和2#
光电转换器，频率恢复模块的输出端连接时间生成与同步模块；
在接收终端节点中，扩频码生成模块接收本地时间基准1PPSB和本地频率基准fg，扩频码
生成模块的输出端分别与扩频发射模块和扩频接收模块连接，扩频接收模块的输入端连接扩
频码生成模块和1#光电转换器，双向时间比对模块的输入端与扩频接收模块连接，所述双向
时间比对模块有两个输出端，其中一个输出端与扩频发射模块连接，另一个输出端与频率恢
复模块连接，扩频发射模块的输入端与双向时间对比模块和扩频码生成模块连接，扩频发射
模块的输出端与1#模拟电光转换器连接，波分复用器与1#模拟电光转换器、2#模拟电光转换
器、1#光电转换器和2#光电转换器连接，频率恢复模块的输入端连接双向时间比对模块和2#
光电转换器，频率恢复模块的输出端连接时间生成与同步模块；
一个模拟电光转换器和一个模拟光电转换器为一对收发光模块，传递前端节点中的两个
模拟电光转换器和两个模拟光电转换器组成两对收发光模块，在接收终端节点中的两个模拟
电光转换器和两个模拟光电转换器组成两对收发光模块，传递前端节点中的一对收发光模块
和接收终端节点中的一对收发光模块用于双向传递频率基准信号，传递前端节点中的另一对
收发光模块和接收终端节点中的另一对收发光模块用于双向比对传递时间基准信号；传递前
端节点和接收终端节点中的波分复用器之间连接有一条光纤传递链路，传递前端节点和接收
终端节点中的波分复用器均为四波分复用器，用于将上述四对收发光模块中的双向比对传递
时间基准信号及频率基准复用在一根光纤中，实现传递前端节点与接收终端节点之间时间基
准、频率基准的全双工信号传递。
2.根据权利要求1所述的基于双向扩频测距的光纤时间频率传递系统，其特征在于：在
传递前端节点中，扩频码生成模块130根据本地时间基准1PPSA的相位控制发射的扩频码信号
初相，然后利用本地频率基准fc控制扩频码的速率，并将该扩频码输出至扩频发射模块120及
扩频接收模块140；1#光电转换器161将从光纤传递链路接收的来自接收终端节点的光信号转
换成模拟中频调制电信号后输出给扩频接收模块140，扩频接收模块140将该模拟中频调制电
信号进行解调解扩，并把解调出来的扩频码和本地扩频码生成模块130输出的扩频码进行扩频
伪码相关运算，得到本地时间基准1PPSA与光纤传递前时间基准1PPSB的扩频伪码测量时间
比对值Ta，并将该值Ta与接收数据中恢复的接收终端节点扩频伪码测量时间比对值Tb送至双
向时间比对模块110；双向时间比对模块110利用接收扩频接收模块140传递过来的Ta、Tb，求
得接收终端节点与传递前端节...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚航，朱祥维，马成，李垣陵，牟卫华，都倩倩，陈晨，刘婷，薛毅聪，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43