本發(fā)明涉及了光纖頻率傳遞，具體涉及了一種分布式光纖光學頻率傳遞方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、原子冷卻技術的進步使得光鐘系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行并且輸出具有極高精度的光頻信號。光頻信號的穩(wěn)定度和不確定度達到了10-18量級，這是一個非常高的精度水平。這種高精度的光頻信號在多個重要領域如導航授時、引力波探測、精密光譜測量和測地學等發(fā)揮著不可或缺的作用。例如，在導航授時領域，高精度的光頻信號能夠提高定位和授時的準確性；在引力波探測中，精確的光頻信號有助于更精準地探測引力波引起的微小時空扭曲；在精密光譜測量方面，高精度光頻信號可以提高光譜測量的分辨率；在測地學中，能實現(xiàn)更精確的大地測量等。隨著各個領域?qū)Ω呔裙忸l信號需求的增長，多用戶對這種高精度的光學頻率信號有了需求。為了滿足這種需求，基于光纖的高精度光學頻率信號傳遞技術成為研究熱點。光纖具有傳輸損耗低、帶寬大等優(yōu)點，適合進行高精度光頻信號的傳遞。

2、增加響應發(fā)送端數(shù)量的方案雖然可以嘗試滿足多用戶對高精度光頻信號的需求，但存在明顯的問題。首先是成本很高，這意味著需要投入大量的資金用于設備、建設和維護等方面。其次，該方案不容易擴大用戶容量，無法很好地適應不斷增長的用戶需求，限制了其在實際應用中的擴展性。

3、在發(fā)送端增加反射點的方案旨在讓多用戶在接收端獲取鏈路附加噪聲信息以實現(xiàn)噪聲抑制，從而獲得高精度光頻信號。然而，隨著用戶數(shù)量的增加，該方案會出現(xiàn)嚴重的問題。由于多次反射，用戶間的光頻信號會相互串擾，這會惡化用戶獲得的光信號的光信噪比。光信噪比的惡化不利于實現(xiàn)大容量的高精度光學頻率分布式傳遞，從而限制了該方案在滿足多用戶高精度光頻信號需求方面的有效性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種分布式光纖光學頻率傳遞方法及系統(tǒng)，用于解決用戶間無法實現(xiàn)大容量的高精度光學頻率分布式傳遞的技術問題。

2、本發(fā)明的目的是由以下技術方案實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種分布式光纖光學頻率傳遞系統(tǒng)，包括發(fā)送端以及對應的若干接收端，所述發(fā)送端與若干接收端通過光纖鏈路連接；

4、所述光信號傳輸模塊用于將激光器生成的激光分為參考光和調(diào)制光，再將調(diào)制光進行正移頻處理，得到第一光信號，將第一光信號通過波分復用處理以及光纖鏈路傳輸至對應若干接收端中，并接收各接收端的返回光；

5、所述信號處理模塊用于將參考光和各接收端返回光進行拍頻處理后，得到第一射頻信號；將所述第一射頻信號進行相位處理后，得到第一射頻信號的瞬時頻率值，將瞬時頻率值轉(zhuǎn)換為傳遞光信號傳輸至各接收端；

6、所述接收端包括信號傳遞模塊和信號驅(qū)動模塊，所述信號傳遞模塊用于將接收到的光信號傳輸模塊輸出的第一光信號進行調(diào)制處理，將調(diào)制后的部分第一光信號作為返回光反射至發(fā)送端；

7、所述信號驅(qū)動模塊用于將接收到的傳遞光信號轉(zhuǎn)換為瞬時頻率值后，驅(qū)動信號傳遞模塊中調(diào)制后的第一光信號進行負移頻處理，得到作用在接收端用戶的光學頻率信號。

8、作為本發(fā)明的進一步改進，所述光信號傳輸模塊沿著信號傳輸方向依次包括：第一耦合器、第一調(diào)制器、第一波分復用器；第一耦合器與第一調(diào)制器之間還設置有第一法拉第旋光鏡；

9、所述第一耦合器用于將激光分為參考光和調(diào)制光；

10、所述第一調(diào)制器用于對調(diào)制光進行正移頻處理，處理后的調(diào)制光作為第一光信號經(jīng)過第一波分復用器以及光纖鏈路傳輸后至各接收端；

11、所述第一波分復用器用于將第一調(diào)制器輸出的第一光信號和信號處理模塊輸出的傳遞光信號進行合并處理，通過接收端對應數(shù)量的光纖鏈路傳輸至各接收端；

12、所述第一法拉第旋光鏡用于將參考光反射至信號處理模塊。

13、作為本發(fā)明的進一步改進，所述信號處理模塊包括光電探測器、相位處理模塊和光發(fā)送器；

14、所述光電探測器設置在第一耦合器和第一波分復用器之間，用于將參考光和各接收端返回光進行拍頻處理后，得到各接收端對應的第一射頻信號；

15、所述相位處理模塊用于對第一射頻信號進行相位處理，得到第一射頻信號的瞬時頻率信號，將所述瞬時頻率信號施加至光發(fā)送器；所述光發(fā)送器用于將瞬時頻率信號轉(zhuǎn)換為傳遞光信號，通過接收端對應數(shù)量的光纖鏈路傳輸至對應接收端。

16、作為本發(fā)明的進一步改進，所述相位處理模塊包括功分放大器、若干接收端對應數(shù)量的頻率處理子模塊；頻率處理子模塊依次包括濾波器、信號調(diào)理單元、二分頻器、iq鑒相器以及相位延展單元；

17、所述功分放大器用于將第一射頻信號劃分為接收端對應數(shù)量份，分別傳輸至頻率處理子模塊中；

18、在頻率處理子模塊中，利用對濾波器所述第一射頻信號濾波處理，再通過信號調(diào)理單元和二分頻器處理后，得到包含光纖附加相位噪聲的第二射頻信號；

19、所述第二射頻信號經(jīng)過iq鑒相器，以及相位延展單元處理后，得到瞬時頻率值。

20、作為本發(fā)明的進一步改進，所述信號傳遞模塊包括：第二波分復用器、第二調(diào)制器、第三耦合器以及第三調(diào)制器；所述第三耦合器后還設置有第二法拉第旋光鏡；

21、所述第二波分復用器用于將光信號傳輸模塊輸出的第一光信號和信號處理模塊輸出的傳遞光信號進行分波處理；

22、所述第三耦合器用于將第二波分復用器輸出的第一光信號分為兩部分，一部分作為返回光，另一部分作為第二光信號；所述第二光信號經(jīng)過第三耦合器后傳輸至第三調(diào)制器；所述返回光經(jīng)過第二法拉第旋光鏡反射后，通過光纖鏈路返回至信號處理模塊中；

23、所述第三調(diào)制器用于將第二光信號進行負移頻處理。

24、作為本發(fā)明的進一步改進，所述信號驅(qū)動模塊設置在第二波分復用器和第三調(diào)制器之間，包括光接收器和驅(qū)動器；

25、信號處理模塊輸出的傳遞光信號通過光接收器后，轉(zhuǎn)換為瞬時頻率信號，所述瞬時頻率信號通過驅(qū)動器驅(qū)動第三調(diào)制器。

26、作為本發(fā)明的進一步改進，所述系統(tǒng)中還包括第一射頻發(fā)生器和第二射頻發(fā)生器；

27、所述第一射頻發(fā)生器設置在發(fā)送端的第一調(diào)制器側，第一射頻發(fā)生器生成的射頻信號作用在第一調(diào)制器上；

28、所述第二射頻發(fā)生器設置在接收端的第二調(diào)制器側，第二射頻發(fā)生器生成的射頻信號作用在第二調(diào)制器上。

29、第二方面，本發(fā)明提供了一種分布式光纖光學頻率傳遞方法，基于上述的分布式光纖光學頻率傳遞系統(tǒng)實現(xiàn)，包括：

30、將激光器產(chǎn)生的激光分為參考光和調(diào)制光；

31、將調(diào)制光進行正移頻處理，得到第一光信號，將所述第一光信號進行波分復用處理以及光纖鏈路傳輸后，分別傳輸至對應若干接收端中；

32、第一光信號經(jīng)過各接收端調(diào)制處理后，得到經(jīng)過反射后得到接收端的返回光，所述返回光與參考光進行拍頻處理后得到各接收端對應的第一射頻信號；

33、將所述第一射頻信號進行相位處理后，得到第一射頻信號的瞬時頻率值；

34、將所述瞬時頻率值轉(zhuǎn)換為傳遞光信號，通過光纖鏈路傳輸至各接收端，根據(jù)所述瞬時頻率值對接收端中調(diào)制后的第一光信號進行負移頻處理后，得到作用在接收端用戶的光學頻率信號。

35、作為本發(fā)明的進一步改進，所述瞬時頻率值為：

36、

37、式中，為瞬時頻率值，為第一頻率，為第二頻率，為光纖附加噪聲相位，為第一相位，為第二相位，t為時間，為調(diào)制光的相位和值隨時間的變化情況，所述第一頻率和第一相位在調(diào)制光進行正移頻處理時得到，所述第二頻率和第二相位在調(diào)制光經(jīng)過各接收端調(diào)制處理得到，所述相位和值為第一相位、第二相位以及光纖附加噪聲相位的和值。

38、作為本發(fā)明的進一步改進，所述作用在接收端用戶的光學頻率信號，具體包括：

39、

40、式中，e6為最終的光學頻率信號，為激光器輸出調(diào)制光的初始頻率，為瞬時頻率值，為第一頻率，為第二頻率，為光纖附加噪聲相位，為第一相位，為第二相位，為激光器輸出調(diào)制光的初始相位，為已調(diào)制的第一光信號進行負移頻處理后對應的相位變化情況，為激光器產(chǎn)生的調(diào)制光；所述第一頻率和第一相位在調(diào)制光進行正移頻處理時得到，所述第二頻率和第二相位在調(diào)制光經(jīng)過各接收端調(diào)制處理得到。

41、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的分布式光纖光學頻率傳遞系統(tǒng)，采用分布式結構，包括發(fā)送端以及若干接收端，根據(jù)實際需求靈活擴展接收端的數(shù)量，適用于不同規(guī)模的應用場景。通過光纖鏈路連接發(fā)送端和接收端，利用光纖的低損耗特性，可以實現(xiàn)遠距離的頻率傳遞，覆蓋較大的地理范圍。通過將激光器生成的激光分為參考光和調(diào)制光，在發(fā)送端通過光信號傳輸模塊和信號處理模塊處理后，實現(xiàn)了相位噪聲抑制，以及大容量的高精度光學頻率分發(fā)，通過接收端信號傳遞模塊以及信號驅(qū)動模塊處理后，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、低損耗的光學頻率傳遞。確保各個接收端接收到與發(fā)送端相同的光學頻率信號，從而提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。對第一射頻信號進行相位處理并轉(zhuǎn)換為傳遞光信號，以及在接收端進行負移頻處理等操作，保證了頻率傳遞的準確性和穩(wěn)定性。將第一光信號通過波分復用處理和光纖鏈路傳輸至對應接收端，提高了信號傳輸?shù)男屎涂煽啃?，減少了信號之間的干擾，可以使用戶獲得高質(zhì)量的光學頻率信號。