基于光纤的频率传递及远程时间频率溯源方法研究

论文摘要

随着社会的发展和科技的进步,社会各行业对时间频率的需求不断增加,如何将高基准的时间频率信号进行高精度、高稳定度的传递,受到了科研人员的重视。基于近些年光纤技术的蓬勃发展,光纤技术在时间频率领域得到了重视和发展,光纤可以高精度、高稳定度的传递时间频率信号。本文将按照三部分研究光纤在时间频率传递中的研究和应用,第一部分为光纤单向频率传递,将原子钟生成的5 MHz或10 MHz频率信号进行低成本、高稳定的传递,并对光纤单向频率传递系统的性能进行了评估。第二部分为光纤双向时间实时传递,基于当前光纤双向时间传递的现状,研发实时比对软件进行实时双向时间传递。第三部分为光纤远程时间频率溯源,基于光纤双向时间实时传递的基础上,将本地时间源高精度溯源至国家最高基准时间。文章的将按照以下四部分展开阐述:第一、介绍了时间频率以及时间频率传递的相关知识背景,介绍了光纤在时间频率领域中的应用。根据国内外光纤在时频领域中的研究现状,提出当前面临的问题和不足,以此提出本文研究重点和预实现效果。第二、由于当前光纤单向频率传递技术高昂成本或传递稳定度低,本文设计和实现了在低成本下将国家最高时间基准UTC（NIM）的频率信号通过100 km光纤上进行光纤单向频率传递,频率经过传递后频率稳定度为2.07×10-13/s和1.7×10-13/d。同时还对光纤单向频率传递系统中,由设备、光纤距离和温度对频率产生的干扰进行了测量和评估。第三、根据当前中国计量科学研究院（NationalInstitute of Metrology,NIM）双向时间传递系统现状,研发了双向实时比对软件。实时比对软件实现了光纤双向时间传递的数据实时处理和可视化,同时还增加了对光纤双向时间传递系统运行监测。通过将实时软件处理后的数据和原始数据进行比较,验证了实时比对软件处理数据的性能。通过共钟下将实时软件处理的数据和GNSS（Global Navigation Site System）共视比对结果相比较,验证了光纤双向时间传递具有精确、稳定的传递性能。第四、基于光纤双向时间传递的高精度、高稳定优点,设计和实现了光纤远程时间溯源。将光纤双向时间传递的结果通过PID驯服算法对待驯服时间源进行驯服,最后得到时差上下浮动1.5 ns以内和频率稳定度为1×10-16左右的溯源效果。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
•   1.1 研究背景及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文结构及研究内容
• 2 光纤单向频率传递系统性能评估
•   2.1 时间频率传递及远程溯源重要指标
•   2.2 光纤单向频率传递系统原理
•     2.2.1 光纤单向频率传递原理
•     2.2.2 光纤单向频率传递系统组成
•     2.2.3 光纤单向频率传递性能评估设计
•   2.3 光纤单向频率传递系统实现
•     2.3.1 同轴线缆下的UTC（NIM）频率传递
•     2.3.2 不同光电模块下的UTC（NIM）频率传递
•     2.3.3 不同光纤距离下的UTC（NIM）频率传递
•     2.3.4 不同温度下的UTC（NIM）频率传递
•   2.4 光纤单向频率传递系统性能评估
•     2.4.1 UTC（NIM）信号测量
•     2.4.2 设备对频率传递影响的评估
•     2.4.3 光纤长度对频率传递影响的评估
•     2.4.4 温度对频率传递影响的评估
•   2.5 本章小结
• 3 光纤双向时间实时传递
•   3.1 光纤双向时间实时传递
•     3.1.1 光纤双向时间传递原理
•     3.1.2 光纤双向时间传递系统组成
•     3.1.3 光纤双向时间实时比对软件设计
•   3.2 光纤双向时间实时传递系统实现
•     3.2.1 软件设计原理
•     3.2.2 实时软件功能
•   3.3 光纤双向时间实时传递验证
•     3.3.1 共钟下双向时间实时传递
•     3.3.2 64 km光纤距离双向时间实时传递
•     3.3.3 110 km光纤距离双向时间实时传递
•   3.4 本章小结
• 4 光纤远程时间溯源
•   4.1 光纤远程时间溯源原理
•     4.1.1 远程时间溯源原理
•     4.1.2 远程时间溯源系统组成
•     4.1.3 远程时间溯源系统设计
•   4.2 光纤远程时间溯源系统实现
•     4.2.1 光纤远程时间频率溯源平台搭建
•     4.2.2 光纤远程时间溯源算法
•     4.2.3 远程时间溯源特点
•   4.3 光纤远程时间溯源性能评估
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 图索引
• 表索引
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩凯

导师: 王剑

关键词: 光纤,频率传递,光纤双向时间比对,远程时间溯源

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 北京交通大学

分类号: TN253

总页数: 83

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