高精度光纤时频环形组网系统和组网方法技术方案

一种高精度光纤时频环形组网系统和组网方法，系统包括一个主钟源中心站、一个以上的从钟源中心站、一个以上的时频信号接收站和光纤链路，每个中心站和接收站均有两个输入输出端口，所述的主钟源中心站、从钟源中心站和时频信号接收站之间通过光纤链路相连，构成一个环形网络结构。本发明专利技术可实现“多点”对“多点”的高精度光纤时频传递，拓展了现有的高精度时频传递系统的网络化应用，如实现多原子钟交互比对、多基站时频同步网等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高精度时频信号环形组网系统和组网方法，通过利用拓扑学优势，在环形链路内构建多个钟源中心站和时频信号恢复站。实现多个时频源在环形网络内，向多个时频接收终端传递高精度时频信号的功能。时频接收终端可处于环形网络的任意位置，通过有效的补偿措施，实现无损地恢复高精度时频信号，完成网络节点高精度授时、守时。该方案可广泛应用于可用于天线阵列间时频信号传输、甚长基线干涉、北斗卫星及GPS导航等领域，也完全满足未来5G及6G通讯的时钟同步需求。
技术介绍
现代生活中，高精密的时频标准越来越受到发达国家的高度重视。它广泛应用于卫星导航定位、甚长基线干涉、天线阵列、未来超高速商用通信等。尤其在航天军事领域，具有其不可比拟的重要地位。现有的高精度原子钟，如驯服铯钟，其准确度可达10-12量级，氢钟，其秒稳已达1×10-13，同时天稳定度也可小于10-15量级。然而现有的时频传递手段，主要以美国GPS和中国北斗为代表的卫星微波传递方式，已然难以满足更高精度的工程需求。近年来国内国际已有不少实验室投入到基于光纤的时频组网方法研究，已证实其在频率传输精度和时间同步的准确度上都有大幅度的提升。为解决光纤时频传递链路中噪声的干扰问题。常见的方法是通过单根光纤双向还回的手段(即由中心站发往接收站，再从接受站通过同一根光纤发回中心站)，获取链路往返的噪声，通过中心站内的光学或电学手段来进行链路噪声抑制，实现远端接收站无损地恢复出高精度的时频信号。参见文献：F.Yang,D.Xu,Q.Liu,etal..“AccuratetransmissionoftimeandfrequencysignalsoveropticalfibersbasedonWDMandtwowayopticalcompensationtechniques,”CLEO:ScienceandInnovations,California,CA,USA,JTu4A.99,2013.和ukasz′Sliwczy′nskietal..”Opticalfibersintimeandfrequencytransfer”MeasurementScienceandTechnology,21,075302,2010然而，进一步要实现“多对多”的高精度时频传递，现有的点对点的传输方法，将使系统变得格外复杂，每个中心站对每个接收站都需要有一套独立的链路噪声主动抑制装置，当网络节点过多时，传统方法成本高昂，且难以维护。此外，每个中心站和接收站之间都需要有独立的光纤链路，将大量浪费网络资源。上述问题，都限制了高精度时频传递的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于弥补上述在先技术的不足，提出一种高精度光纤时频环形组网系统和组网方法，该装置在保证无损地恢复高精度时频信号的前提下，在中心站中仅需要一个环形链路噪声抑制装置，即可实现多个频率源在同一光纤环路中向多个接收站传递时频信号的功能。并且通过多个光纤环路交叉连接，实现不同环路间钟源的时频信号恢复。极大发挥了环形网络的拓扑学优势，减少传递系统复杂性，优化网络资源配置，提高了时频传递系统的稳健性。本专利技术的具体技术解决方案如下：一种高精度光纤时频环形组网系统，其基本结构至少包括一个主钟源中心站、一个以上从钟源中心站、一个以上时频信号接收站和光纤链路，每个中心站和接收站均有两个输入输出端口，主钟源中心站、从钟源中心站和时频信号接收站之间通过光纤链路相连，构成一个环形网络结构。主钟源中心站负责发射主钟源的高精度时频信号，并通过链路噪声主动抑制装置稳定环形链路中的链路噪声，同时通过滤波器防止主钟源中心站发出的光载波多次通过环形链路。所述的主钟源中心站包括主原子钟，该主原子钟有两路时频信号输出口，分别与波长为λ0的第一激光器的射频信号调制口相连和第一鉴相器的参考信号输入口相连，第一激光器的光输出端口和第一隔离器的输入口相连，第一隔离器的输出口与第一分束器的输入口相连，第一分束器的两个输出口分别和第一耦合器的1端口和3端口相连，该第一耦合器的1端口的输入信号由4端口输出，第一耦合器的4端口和第一环形器的2端口相连，第一耦合器的3端口的输入信号由2端口输出，该第一耦合器的2端口和第二环形器的2端口相连，第二环形器的2端口输入信号由3端口输出，第二环形器的3端口作为主钟源中心站的第一输入输出端口；逆时针光信号由第二环形器的3端口输入，由该第二环形器的4端口输出，第二环形器的4端口和第一滤波器的输入端口相连，第一滤波器滤除λ0的光信号，第一滤波器的输出端口和第二环形器的1端口相连，其他波长的光由第二环形器的2端口进入与之相连的第一耦合器中，所述的第一环形器的2端口输入信号由3端口输出，第一环形器的3端口和链路噪声主动抑制装置即第一光纤延时线的光端口相连，第一光纤延时线的另一个光端口作为主钟源中心站的第二输入输出端口，从环形链路顺时针传来的光信号，经第一光纤延时线后，进入第一环形器的3端口，由4端口输出，第一环形器的4端口与第一解复用器的公共输入端口相连，第一解复用器的λ0的输出端口与第一探测器的光输入端口相连，第一探测器的射频信号输出口与所述的第一鉴相器的射频信号输入口相连，该第一鉴相器的鉴相信号输出与第一反馈控制电路的输入端口相连，该反馈控制电路的输出驱动端口与所述的第一光纤延时线的控制输入端相连，所述的第一解复用器的其他波长的输出端口与第一环形器的1端口相连，其他波长的光由第一环形器的2端口输出，进入第一耦合器105中，最终由第二环形器的3端口输出，继续在环形链路中传输。所述的主钟源中心站通过该中心站的第一输入输出端口和第二输入输出端口接入到光纤链路中。从钟源中心站完成将从钟源的时频信号从两个方向发射入环形光纤网络中，并防止相应的光载波多次通过光纤链路。第i从钟源中心站的结构包括：第i从原子钟，该原子钟的射频信号输出口与波长为λi的第二激光器的调制输入口相连，第二激光器的光输出端口和第二隔离器的输入口相连，第二隔离器的输出口与第二分束器的输入口相连，第二分束器的两个输出口和第二耦合器的1端口和3端口相连。第二耦合器中1端口的输入信号，由4端口输出，该端口和第三环形器的2端口相连。第三环形器的3端口作为从钟源中心站2的第一输入输出端口，3端口作为输入端口时，由环形器4端口输出。第三环形器的4端口输出与第二滤波器的输入端口相连，滤除λi的时频信号。第二滤波器输出端口和第三环形器的1端口相连。类似的，第二耦合器中3端口的输入信号，由2端口输出，该端口和第四环形器的2端口相连。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度光纤时频环形网系统，其特征在于该系统包括一个主钟源中心站、一个以上的从钟源中心站、一个以上的时频信号接收站和光纤链路，每个中心站和接收站均有两个输入输出端口，所述的主钟源中心站、从钟源中心站和时频信号接收站之间通过光纤链路相连，构成一个环形网络结构。

【技术特征摘要】
1.一种高精度光纤时频环形网系统，其特征在于该系统包括一个主钟源中心站、一个
以上的从钟源中心站、一个以上的时频信号接收站和光纤链路，每个中心站和接收站均有
两个输入输出端口，所述的主钟源中心站、从钟源中心站和时频信号接收站之间通过光纤
链路相连，构成一个环形网络结构。
2.根据权利要求1所述的高精度光纤时频环形网系统，其特征在于所述的主钟源中心
站包括主原子钟(101)，该主原子钟(101)有两路时频信号输出口，分别与波长为λ0的第一
激光器(102)的射频信号调制口相连和第一鉴相器(111)的参考信号输入口相连，第一激光
器(102)的光输出端口和第一隔离器(103)的输入口相连，第一隔离器(103)的输出口与第
一分束器(104)的输入口相连，第一分束器(104)的两个输出口分别和第一耦合器(105)的1
端口和3端口相连，该第一耦合器(105)的1端口的输入信号由4端口输出，第一耦合器(105)
的4端口和第一环形器(106)的2端口相连，第一耦合器(105)的3端口的输入信号由2端口输
出，该第一耦合器(105)的2端口和第二环形器(107)的2端口相连，第二环形器(107)的2端
口的输入信号由3端口输出，第二环形器(107)的3端口作为主钟源中心站的第一输入输出
端口(11)；逆时针光信号由第二环形器(107)的3端口输入，由该第二环形器(107)的4端口
输出，第二环形器(107)的4端口和第一滤波器(108)的输入端口相连，第一滤波器(108)滤
除λ0的光信号，第一滤波器(108)的输出端口和第二环形器(107)的1端口相连，其他波长的
光由第二环形器(107)的2端口进入与之相连的第一耦合器(105)中，所述的第一环形器
(106)的2端口输入信号由3端口输出，第一环形器(106)的3端口和链路噪声主动抑制装置
即第一光纤延时线(113)的光端口相连，第一光纤延时线(113)的另一个光端口作为主钟源
中心站的第二个输入输出端口(12)，从环形链路顺时针传来的光信号，经光纤延时线(113)
后，进入第一环形器(106)的3端口，由4端口输出，第一环形器(106)的4端口与第一解复用
器(109)的公共输入端口相连，第一解复用器(109)的λ0的输出端口与第一探测器(110)的
光输入端口相连，第一探测器(110)的射频信号输出口与所述的第一鉴相器(111)的射频信
号输入口相连，该第一鉴相器(111)的鉴相信号输出端与第一反馈控制电路(112)的输入端
口相连，该反馈控制电路(112)的输出驱动端口与所述的第一光纤延时线(113)的控制输入
端相连，所述的第一解复用器(109)的其他波长的输出端口与第一环形器(106)的1端口相
连，其他波长的光由第一环形器(106)的2端口输出，进入第一耦合器(105)中，最终由第二
环形器(107)的3端口输出。所述的主钟源中心站通过第一输入输出端口(11)和第二输入输
出端口(12)接入到光纤链路中。
3.根据权利要求1所述的高精度光纤时频环形网系统，其特征在于所述的从钟源中心
站包括：从原子钟(201)，该从原子钟的射频信号输出口与波长为λi的第二激光器(202)的
调制输入口相连，i为第i个从钟源中心站，第二激光器(202)的光输出端口和第二隔离器
(203)的输入口相连，第二隔离器(203)的输出口与第二分束器(204)的输入口相连，第二分
束器(204)的两个输出口分别和第二耦合器(207)的1端口和3端口相连，第二耦合器(207)1
端口的输入信号，由4端口输出，该4端口和第三环形器(208)的2端口相连，第三环形器
(208)的3端口作为从钟源中心站的第一输入输出端口(21)，该第一输入输出端口(21)作为
输入端口时，由环形器4端口输出，第三环形器(208)的4端口输出与第二滤波器(205)的输
入端口相连，滤除λi的时频信号；第二滤波器(205)输出端口和第三环形器(208)的1端口相
连；类似的，第二耦合器(207)的3端口的输入信号，由2端口输出，该2端口和第四环形器
(209)的2端口相连，第四环形器(209)的2端口的输入信号由3端口输出，3端口作为从钟源
中心站的第二输入输出端口(22)。第四环形器(209)的3端口作为输入端口时，由第四环形
器(209)的4端口输出。第四环形器(209)的4端口与第三滤波器(206)的输入端口相连，滤除
λi的时频信号。第三滤波器(206)输出端口和第四环形器(209)的1端口相连，其他波长的光
信号将继续在光环路中传输；所述的从钟源中心站通过第一输入输出端口(21)和第二输入
输出端口(22)接入到光纤链路中。
4.根据权利要求1所述的高精度光纤时频环形网系统，其特征在于所述的时频信号接
收站为光学补偿时频信号接收站或电学补偿时频信号接收站，所述的时频信号接收站可处
于环形链路的任意位置。
5.根据权利要求4所述的高精度光纤时频环形网系统，其特征在于所述的光学补偿时
频信号接收站包括：第三耦合器(301)，第三耦合器(301)的1端口、2端口作为时频信号接收
站的第一输入输出端口(31)和第二输入输出端口(32)，第三耦合器(301)的1端口的输入信
号，由2端口输出继续进入光纤链路，4端口与第二解复用器(303)的公共端相连，第三耦合
器(301)2端口的输入信号，由1端口输出继续进入光纤链路，3端口与第三解复用器(302)的
公共端相连，第三解复用器(302)的λ0的输出端口与第三分束器(304)的输入端相连，λi的输
出口与第二探测器(307)光信号输入端相连，第二解复用器(303)的λi的输出端口与第四分
束器(305)的输入端相连，第二解复用器(303)的λ0的输出口与第三探测器(308)光信号输
入端相连，第三分束器(304)的两个输出端口分别与第二光纤延时线(310)的光端口和第四
探测器(306)的光信号输入端相连，第四分束器(305)的两个输出端口分别与第三光纤延时
线(311)的光端口和第五探测器(309)的光信号输入端相连，第四探测器(306)和第三探测
器(308)的射频信号输出口接入第一混频器(312)的两个输入端口中，第一混频器(312)的
差频信号输出口接入到第二反馈控制电路(314)的输入端口，第二探测器(307)和第五探测
器(309)的射频信号输出口接入第二混频器(313)的两个输入端口中，第二混频器(313)的
差频信号输出口接第三反馈控制电路(315)的输入端，第二反馈控制电路(314)的驱动信号
输出口与第二光纤延时线(310)的控制输入端口相连，第二光纤延时线(310)的光端口输出
与第六探测器(316)的光输入端口相连，第六探测器(316)的射频信号输出端输出的信号为
经过噪声抑制后恢复出来的主中心站时频信号，第三反馈控制电路(315)的驱动信号输出
口与第三光纤延时线(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，刘琴，程楠，徐丹，蔡海文，桂有珍，杨飞，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31