一种基于主动相位补偿的水下频率传递方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于主动相位补偿的水下频率传递方法及系统，所述系统包括接收端、发送端，所述接收端、发送端分别设置有频率源和与频率源输出端连接的激光器，所述接收端设置有反射镜和激光输出通道，所述接收端设置有相位补偿模块。所述相位补偿模块用于将频率信号V3与频率信号V4进行频率混频并滤出低频信号V5，且将频率信号V5与频率信号V2混频后得到误差信号V6，将误差信号V6通过锁相环反馈控制接收端的频率源的相位。本发明专利技术利用主动相位补偿技术解决了相位抖动问题，同时解决了现有频率传递技术无法同时向多个接收站点进行频率传递的问题，具有较好的实用性。具有较好的实用性。具有较好的实用性。

【技术实现步骤摘要】
Hou.Laser
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based underwater frequency transfer with sub
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picosecond timing fluctuation using optical phase compensation.Optics Express,2020,28(22):33298
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33306)，该方案可在数米传递距离内达到亚皮秒的定时抖动，频率稳定度也较高。缺点是光学延迟线由机械结构形成，相位补偿速度较慢，对于高频定时抖动无法补偿。另外，该传递系统相位补偿功能在发送端实现，即一个传递通道需要一个相位补偿模块。当需要向多个接收站点进行频率传递时，发送端的结构将会非常复杂，成本和占用空间将会急剧增加。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于主动相位补偿的水下频率传递方法及系统，旨在解决上述问题。本专利技术可以使用大功率的520nm连续激光及相关光学元件构建水下传递链路，并且在接收站点采用主动相位补偿技术来补偿相位波动，实现高稳定度与长距离的频率传递。所述发送端支持传递通道扩展，可支持同时面向多个接收站点进行频率传递，具体较好的实用性。
[0008]本专利技术主要通过以下技术方案实现：
[0009]一种基于主动相位补偿的水下频率传递方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S100：发送端的频率源发送频率信号V1，并经过水下链路后发送至接收端，被接收端的探测部探测得到频率信号V4；
[0011]步骤S200：接收端的频率源发送频率信号V2，经水下链路到达发送端，并在发送端的反射镜的反射后，再次经水下链路回到接收端，且与空间链路分离后被接收端的探测部探测得到频率信号V3；
[0012]步骤S300：将频率信号V3与频率信号V4进行频率混频并滤出其中的低频信号V5，将频率信号V5与频率信号V2混频后得到近直流误差信号V6，将误差信号V6通过锁相环反馈控制接收端的频率源的相位。
[0013]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤S200中所述接收端的频率源发送频率信号V2，经过偏振分束器后，调制光束经水下链路到达发送端并在反射镜的反射后再次经水下链路回到接收端的偏振分束器，然后被探测部探测得到频率信号V3。
[0014]为了更好地实现本专利技术，进一步地，频率信号V1表示为：
[0015][0016]其中f1是发送端的频率，是发送端的初始相位；
[0017]频率信号V2表示为：
[0018][0019]其中f2是接收端的频率，是接收端的初始相移；
[0020]频率信号V3表示为：
[0021][0022]其中是频率信号V2由于水下链路引起的相位波动；
[0023]频率信号V4表示为：
[0024][0025]其中是频率信号V1由于水下链路引起的相位波动；在f1＝2f2的前提下，V1的单向累积相位波动与V2的往返相位波动相同，即
[0026]频率信号V5表示为：
[0027][0028]频率信号V6表示为：
[0029][0030]因为载频一致，则频率信号V6写为
[0031][0032]当锁相环紧密锁定时，接收端的频率源锁相到发送端的频率源，即
[0033]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述接收端设置有若干个，所述发送端对应设置有若干个扩展传递通道，所述扩展传递通道包括反射镜和激光输出通道；发送端发送的频率信号V1经过激光输出通道发送至接收端的探测部并得到频率信号V4。
[0034]本专利技术在接收端利用主动相位补偿技术消除定时抖动，在发送端通过光耦合器和反射镜构建扩展传递通道。一个发射端由几个可扩展的传递信道组成，因此它允许同时向多个接收站点传递频率信号。所有接收端的结构都是相同的，扩展的传递通道需要改变的是在接收端的相应位置增加一个反射镜和一个激光输出通道。因此，所提出的方案便于将来新的客户端站点的接入。显然，可扩展通道的数量取决于发送端的激光功率。
[0035]本专利技术主要通过以下技术方案实现：
[0036]一种基于主动相位补偿的水下频率传递系统，包括接收端、发送端，所述接收端、发送端分别设置有频率源和与频率源输出端连接的激光器，所述接收端设置有反射镜和激光输出通道，所述接收端设置有相位补偿模块；所述接收端的频率源用于发送频率信号V1，且经过水下链路发送到相位补偿模块得到频率信号V4；所述接收端的频率源用于发送频率信号V2，且经水下链路到达发送端并在反射镜的反射后经水下链路回到接收端的相位补偿模块得到频率信号V3；所述相位补偿模块用于将频率信号V3与频率信号V4进行频率混频并滤出其低频信号V5，且将频率信号V5与频率信号V2混频后得到误差信号V6，将误差信号V6通过锁相环反馈控制接收端的频率源的相位。
[0037]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述相位补偿模块包括从前至后依次连接的探测部、第一混频器、第二混频器、锁相环，所述锁相环的输出端与接收端的频率源连接，所述接收端的激光器的输出端对应反射镜设置有偏振分束器，所述探测部用于探测激光输出通道以及偏振分束器输出的频率信号，并输入到第一混频器进行混频，所述第二混频器的输入端分别与第一混频器、频率源的输出端连接。
[0038]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述探测部包括并列设置的第一探测器、第二探测器，所述第一探测器、第二探测器分别与第一混频器连接，所述第一探测器、第二探测器分别对应偏振分束器、激光输出通道设置。
[0039]为了更好地实现本专利技术，进一步地，当锁相环紧密锁定时，接收端的频率源锁相到发送端的频率源，接收端的频率源的初始相移是发送端的频率源的初始相位的一半。
[0040]本专利技术巧妙地将相位补偿模块构建在接收端，极大地降低了发送端的复杂度。同时，本专利技术所提出的技术方案支持同时面向多个接受站点进行频率传递，这对于一些复杂频率传递网络，如星形频率传递网络，具有重大意义。本专利技术所提出的技术方案有望极大降低发送端复杂度，极大提升复杂网络的频率传递效率。
[0041]本专利技术的有益效果：
[0042](1)本专利技术利用主动相位补偿技术在接收端消除定时抖动，在发送端通过光耦合器和反射镜构建扩展传递通道。本专利技术利用主动相位补偿技术解决了相位抖动问题，同时解决了现有频率传递技术无法同时向多个接收站点进行频率传递的问题，具有较好的实用性；
[0043](2)本专利技术巧妙地将相位补偿模块构建在接收端，极大地降低了发送端的复杂度，这对于对系统复杂度、成本、体积有严格限制的应用具有重要意义；所述相位补偿模块由光电探测器、混频器、锁相环等组成，结构简单，成本低廉，这对于大规模频率传递网络具有重要应用价值；
[0044](3)本专利技术所提出的技术方案支持同时面向多个接受站点进行频率传递，解决了常规频率传递技术方案难以向多个接收站点同时进行频率传递的问题，这对于一些复杂频率传递网络，如星形频率传递网络，具有重大意义。
附图说明
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主动相位补偿的水下频率传递方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：发送端的频率源发送频率信号V1，并经过水下链路后发送至接收端，被接收端的探测部探测得到频率信号V4；步骤S200：接收端的频率源发送频率信号V2，经水下链路到达发送端，并在发送端的反射镜的反射后，再次经水下链路回到接收端，且与空间链路分离后被接收端的探测部探测得到频率信号V3；步骤S300：将频率信号V3与频率信号V4进行频率混频并滤出其中的低频信号V5，将频率信号V5与频率信号V2混频后得到近直流误差信号V6，将误差信号V6通过锁相环反馈控制接收端的频率源的相位。2.根据权利要求1所述的一种基于主动相位补偿的水下频率传递方法，其特征在于，所述步骤S200中所述接收端的频率源发送频率信号V2，经过偏振分束器后，调制光束经水下链路到达发送端并在反射镜的反射后再次经水下链路回到接收端的偏振分束器，然后被探测部探测得到频率信号V3。3.根据权利要求2所述的一种基于主动相位补偿的水下频率传递方法，其特征在于，频率信号V1表示为：其中f1是发送端的频率，是发送端的初始相位；频率信号V2表示为：其中f2是接收端的频率，是接收端的初始相移；频率信号V3表示为：其中是频率信号V2由于水下链路引起的相位波动；频率信号V4表示为：其中是频率信号V1由于水下链路引起的相位波动；在f1＝2f2的前提下，V1的单向累积相位波动与V2的往返相位波动相同，即频率信号V5表示为：频率信号V6表示为：因为载频一致，则频率信号V6写为当锁相环紧密锁定时，接收端的频率源锁相到发送端的频率源，即4.根据权利要求1
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3任一项所述的一种基于主动相位补偿的水下频率传递方法，其特征在于，所述接收端设置有若干个，所述发送端对应设置有若干个扩展传递通道，所述扩展传递通道包括反射镜和激光输出通道；发...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯冬，曾迎春，朱敏，刘波，简和兵，龚鹏，张中正，
申请(专利权)人：成都金诺信高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：