一种基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递系统，属于时频传递技术领域；其构建了基于光纤延时线的频率传递稳相模块、设计了实时补偿的PID算法，构建了高精度频率传递发射模块与频率传递接收模块，搭建了长距离空间光路，通过对设计稳定的准直器调节架于夹具，可见光辅助完成了稳定的高精度空间光路对准。本发明专利技术验证了基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递技术的可行性与传递指标，频率稳定度达到了7.15

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递系统


[0001]本专利技术涉及到时频传递
，特别涉及一种基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递系统。

技术介绍

[0002]高精度时频传递在卫星导航定位、物理常数精密测量、精准授时、甚长基线干涉测量等前沿科学研究中有着重要的应用前景。高精度时间频率的产生与传递已经成为一个事关国家科技、军事和经济的战略技术，关系着国家和社会安全运行。目前常用的时频传输方式主要有无线微波传输和光纤激光时频同步等方法。无线微波时频传输易受到大气波动等问题的影响，其同步精度会受到一定的限制。光纤激光时频传递虽然具有损耗低、稳定性强、抗电磁干扰等特性，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难以搭建光纤链路的应用场合(如星间星地)来说就很难使用光纤时频传递技术，在一定程度上限制了高精度时频传递的应用场景。
[0003]基于空间激光的自由空间时频传递技术不依赖于光纤信道，因此采用自由空间作为传递介质的空间激光时频传递技术开始受到广泛关注。2009年，德国马普光学研究所的B.Sprenger等人报道了通过连续激光进行百米级自由空间光频传递和光载射频传递的频率传递实验，光频传递稳定度达到1.7
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/2000s，，实验结果表明，无补偿的光载射频频率传递的稳定度较低。
[0004]在没有补偿的情况下，进行了不同距离的频率信号传递，得到的如图2所示。通过分析可以看出，随着传输距离的增加，频率稳定性变差，在10s之前比较稳定，在十秒之后频率稳定度恶化变快，可能是由于环境温度、发射端接受端系统稳定度造成的，空间大气湍流不再是长距离传递的主要影响。在没有补偿的情况下，光载射频的100m空间距离传输的频率稳定度为1.45
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技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递系统；其验证了基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递技术的可行性与传递指标，频率稳定度达到了7.15
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[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0007]一种基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递系统，包括频率信号发射模块、频率信号接收模块、空间光路传递模块；
[0008]其中，频率信号发射模块包括：时钟源、激光器、发射端环形器和可调光延时线；时钟源发出的10MHz信号通过直调的方式调制到激光器上，依次经过可调光延时线和发射端环形器输出；延时控制模块通过比较时钟源发出的信号与通过发射端环形器反馈回来的信号的相位差进行比对，用PID算法实时调整可调光延时线完成系统的频率稳定性的补偿；
[0009]频率信号接收模块包括接收端环行器、光滤波器、探测器和低噪声放大器；通过光
滤波器进行对光信号的滤波，用探测器实现光电转换，之后通过低噪声放大器将信号放大，得到稳定的频率信号；接收端环行器用于将传递到接收端的光信号反馈到发射端，进入延时控制模块进行信号延时的比对与校准；
[0010]空间光路传递模块主要由光纤、发射端准直镜、接收端准直镜和反射镜组成；其中发射端准直镜将光纤中的光信号发射到自由空间进行长距离自由空间的传递，经过反射镜的反射，然后在接受端通过接收端准直镜耦合到光纤中进行频率信号的探测。
[0011]进一步的，所述延时控制模块对反馈回来的信号进行实时探测，并通过可调光延时线进行实时控制。
[0012]进一步的，所述接收端环形器，通过一分为二耦合器进行分束之后，一部分用于探测，另一部分反馈回来用于与初始信号进行比对后，对链路进行实时的延时控制。
[0013]本专利技术采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0014]本专利技术构建了基于光纤延时线的频率传递稳相模块、设计了实时补偿的PID算法，构建了高精度频率传递发射模块与频率传递接收模块，搭建了长距离空间光路，通过对设计稳定的准直器调节架于夹具，可见光辅助完成了稳定的高精度空间光路对准。最后通过实验验证了基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递技术的可行性与传递指标，频率稳定度达到了7.15
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附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例的空间激光频率传递系统图；
[0016]图2为没有补偿时的不同距离的频率传递图；
[0017]图3为补偿后的频率传递示意图。
具体实施方式
[0018]下面，结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]本专利技术提供了一种基于可调光纤延时线的空间激光频率传递系统，如图1所示，该系统由频率信号发射模块、频率信号接收模块、空间光路传递模块组成。其中频率信号发射模块包括：高精度时钟源、激光器、发射端环形器，可调光延时线，光纤准直器。通过将时钟源发出的10MHz信号通过直调的方式调制到光上，经过发射端环行器、可调光延时线输出。延时控制模块通过比较时钟源发出的信号与反馈回来的信号的相位差进行比对，用PID算法实时调整可调谐光延时线完成系统的频率稳定性的补偿。
[0021]频率信号接收模块包括接收端环行器、光滤波器、探测器、低噪声放大器。通过光滤波器进行对光信号的滤波，用探测器实现光电转换，之后通过低噪声放大器将信号放大，得到稳定的频率信号。接收端环行器实现将传递到远端的光信号反馈到发射端，进入延时控制模块进行信号延时的比对与校准。
[0022]空间光路传递模块由光纤、准直镜、反射镜组成。由准直镜将光纤中的光信号发射到自由空间进行长距离自由空间的传递，然后在接受端通过准直镜耦合到光纤中进行频率
信号的探测。
[0023]上述方案中，频率传递模块的延时控制单元，由探测器、硬件电路控制组成，硬件电路控制实现相位比对、和可调光延时线实时控制功能。
[0024]上述方案中，可调光延时线实时控制的参数由PID算法实时调控。
[0025]上述方案中，空间光路搭建的镜筒由前后两个调节架和环形夹具夹住，前面的调节架为五维调节架，后面的调节架为三位调节架，共同对准直镜的位置、方向、角度进行调节。并使用可见光完成了空间光路的粗对准，与红外光完成空间光路的精对准。
[0026]通过以下步骤实现本实施例的技术方案：
[0027]步骤1：通过直调的方式将时钟源出来的10MHz信号调制到激光器上，通过可调光延时线、发送端环行器后，经过准直镜发射到远本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤延时线的空间激光高精度频率传递系统，其特征在于，包括频率信号发射模块、频率信号接收模块、空间光路传递模块；其中，频率信号发射模块包括：时钟源、激光器、发射端环形器和可调光延时线；时钟源发出的10MHz信号通过直调的方式调制到激光器上，依次经过可调光延时线和发射端环形器输出；延时控制模块通过比较时钟源发出的信号与通过发射端环形器反馈回来的信号的相位差进行比对，用PID算法实时调整可调光延时线完成系统的频率稳定性的补偿；频率信号接收模块包括接收端环行器、光滤波器、探测器和低噪声放大器；通过光滤波器进行对光信号的滤波，用探测器实现光电转换，之后通过低噪声放大器将信号放大，得到稳定的频率信号；接收端环行器用于将传递到接收端的光信号反馈到发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，王东杰，梁晓东，李少波，刘彦丹，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：