CN110808790B - 一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法及*** - Google Patents

一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法及***，包括：时间频率源输出参考频率信号和参考时间信号；光纤频率传递发射机接收参考频率信号，并传递到n个用户端，n为大于等于2的正整数；通过发射端的量子双向比对自动切换模块接收参考时间信号，并传递到n个用户端，通过量子双向时间比对的方式得到用户端i与时间频率源的钟差t0i；用户端i的运算控制单元i根据钟差t0i调整可编程延迟器i的调整量为t0i；用户端i得到的频率信号i输入分频器i获得一个时间信号i；将时间信号i输入可编程延迟器i进行延迟处理，获得用户端i的输出时间信号i。本发明能够实现多用户的量子时间同步，可确保时间同步的高精度和高可靠性。

Description

一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法及***
技术领域
本发明属于时间频率技术领域，涉及一种多站点量子时间同步方法，特别涉及一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法及***。
背景技术
在航空航天、雷达同步、尖端武器操控、高速通信、深空探测等领域，都对时间同步提出了很高的要求。目前的长波授时只能达到微秒的同步精度，卫星共视只能达到纳秒级的同步精度，光纤时间同步方法与卫星双向比对法也只能达到百皮秒的同步精度。量子时间同步技术可以把时间同步精度提高到亚皮秒甚至飞秒量级，故量子时间同步方法有广阔的应用前景。
时间应用中往往需要实现多站点间的同步，例如多个雷达固定站间的同步，多个观察站间的同步等。目前绝大部分时间同步的方案是级联式多站点，需要大量时间同步校准设备；通过沿途接收站一级一级进行传递，级联传递过程中会引入误差；多级级联还会有误差的累积，降低所传递时间信号的准确度与稳定度。
综上，亟需一种新的基于时分复用的多用户量子时间同步方法及***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法及***，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明采用量子光源作为时间信号的载体，能够实现多用户的量子时间同步，可确保时间同步的高精度和稳定度。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法，包括以下步骤：
通过发射端的时间频率源输出参考频率信号和参考时间信号；
通过发射端的光纤频率传递发射机接收所述参考频率信号，并通过n个频率及数据传输链路分别传递到n个用户端，n为大于等于2的正整数；用户端i得到与发射端相对相位关系稳定的频率信号i，1≤i≤n；
通过发射端的量子双向比对自动切换模块接收所述参考时间信号，并通过n个量子双向传输链路分别传递到n个用户端，通过量子双向时间比对的方式得到用户端i与时间频率源的钟差t0i；
用户端i的运算控制单元i根据钟差t0i调整可编程延迟器i的调整量为t0i；
用户端i得到的频率信号i输入分频器i获得一个时间信号i；将时间信号i输入可编程延迟器i进行延迟处理，获得用户端i的输出时间信号i。
本发明的进一步改进在于，所述量子双向比对自动切换模块采用时分复用的方式对n个用户端轮循进行量子双向时间比对。
本发明的进一步改进在于，所述量子双向比对自动切换模块包括：量子双向比对发射端和自动切换电路；每个用户端均包括：量子双向比对接收端；所述量子双向比对发射端用于接收参考时间信号，并通过自动切换电路和量子双向传输链路传递给每个用户端的量子双向比对接收端。
本发明的进一步改进在于，时间频率源输出10MHz频率信号到发射端的光纤频率传递发射机；
n＝3；
在各个用户端得到与发射端相对相位关系稳定的10MHz频率信号；
能够达到频率稳定度优于E-17/s。
本发明的一种基于时分复用的多用户量子时间同步***，包括：
时间频率源，用于输出参考频率信号和参考时间信号；
光纤频率传递发射机，用于接收所述参考频率信号，并通过n个频率及数据传输链路分别传递到n个用户端，n为大于等于2的正整数；用户端i得到与发射端相对相位关系稳定的频率信号i，1≤i≤n；
量子双向比对自动切换模块，用于接收所述参考时间信号，并通过n个量子双向传输链路分别传递到n个用户端，通过量子双向时间比对的方式得到用户端i与时间频率源的钟差t0i；
用户端i的运算控制单元i，用于根据钟差t0i调整可编程延迟器i的调整量为t0i；
用户端i的分频器i，用于输入用户端i得到的频率信号i并获得一个时间信号i；
用户端i的可编程延迟器i，用于根据调整量t0i对输入的时间信号i进行延迟处理，获得用户端i的输出时间信号i。
本发明的进一步改进在于，所述量子双向比对自动切换模块采用时分复用的方式对n个用户端轮循进行量子双向时间比对。
本发明的进一步改进在于，所述量子双向比对自动切换模块包括：量子双向比对发射端和自动切换电路；
每个用户端均包括：量子双向比对接收端；
所述量子双向比对发射端用于接收参考时间信号，并通过自动切换电路和量子双向传输链路传递给每个用户端的量子双向比对接收端。
本发明的进一步改进在于，每个用户端包括：光纤频率传递接收机、分频器、可编程延迟器、运算控制单元和量子双向比对接收端。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明为了克服现有技术中存在的准确度与稳定度较低的缺点，提供了一种基于时分复用的高精度多用户量子时间同步方法，本发明的方法采用量子光源作为时间信号的载体，能够实现多用户的量子时间同步并确保时间同步的高精度和高可靠性。具体的，本发明在光纤频率传递基础上，结合光纤频率传递的高稳定度与量子时间同步的高准确度，采用自动切换电路以时分复用的方式对各个用户端进行量子双向比对，能够实现高准确度高稳定度多用户量子时间同步，可消除传统级联方案中引入的级联累积误差。
本发明的方法，能够达到频率的稳定度优于E-17/s。
本发明的***采用量子光源作为时间信号的载体，能够实现多用户的量子时间同步并确保时间同步的高精度和高可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
图1是本发明实施例的一种基于时分复用的多用户量子时间同步***的结构示意图；
图2是本发明实施例中，发射端与用户端内部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法，包括以下步骤：
1)时间频率源输出参考频率信号到发射端光纤频率传递发射机，经过频率及数据传输链路传递到n个用户端的光纤频率传递接收机，在各用户端得到与发射端相对相位关系稳定的频率信号；
2)用户端1得到的频率信号经过用户端1的分频器得到一个时间信号；
3)步骤2)所述时间信号经过可编程延迟器延时后输出用户端1的时间信号；
4)时间频率源输出参考时间信号到量子双向比对发射端；
5)量子双向比对接收端1将步骤3)中用户端1的时间信号输入到量子双向比对接收端1；
6)通过量子双向时间比对的方式得到用户端1与时间频率源的钟差t0；
7)用户端1的运算控制单元根据步骤6)测得的钟差t0，调整用户端1的可编程延迟器，调整量为t0；
至此用户端1的时间信号与时间频率源的时间信号实现了同步。
8)发射端通过控制自动切换模块以时分复用的方式对n个用户端轮循进行量子双向时间比对，按照与用户端1相同的方法实现其余n-1个用户端时间信号与时间频率源时间信号的同步。
本发明的方法在光纤频率传递基础上，结合了光纤频率传递的高稳定度与量子时间同步的高准确度，采用自动切换电路以时分复用的方式对各个用户端进行量子双向比对，实现高准确度高稳定度多用户量子时间同步，消除了传统级联方案中引入的级联累积误差。其中，自动切换电路可以通过轮询方式实现。
请参阅图1，图1示出了本发明实施例的总体结构。本发明实施例的一种基于时分复用的多用户量子时间同步***，包括：时间频率源、光纤频率传递发射机、量子双向比对自动切换模块及各个用户端。
请参阅图2，图2是示出了本发明实施例的发射端与用户端内部结。本发明***中，量子双向比对自动切换模块包括：量子双向比对发射端与自动切换电路；各用户端模块包括：光纤频率传递接收机、分频器、可编程延迟器、运算控制单元和量子双向比对接收端。
本发明实施例的一种基于时分复用的多用户量子时间同步***，包括：
时间频率源，用于输出参考频率信号和参考时间信号；
光纤频率传递发射机，用于接收所述参考频率信号，并通过n个频率及数据传输链路分别传递到n个用户端，n为大于等于2的正整数；用户端i得到与发射端相对相位关系稳定的频率信号i，1≤i≤n；
量子双向比对自动切换模块，用于接收所述参考时间信号，并通过n个量子双向传输链路分别传递到n个用户端，通过量子双向时间比对的方式得到用户端i与时间频率源的钟差t0i；
用户端i的运算控制单元i，用于根据钟差t0i调整可编程延迟器i的调整量为t0i；
用户端i的分频器i，用于输入用户端i得到的频率信号i并获得一个时间信号i；
用户端i的可编程延迟器i，用于根据调整量t0i对输入的时间信号i进行延迟处理，获得用户端i的输出时间信号i。
实施例
本发明实施例的一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法，具体包括：
时间频率源输出的参考频率信号为10MHz，时间频率源输出的参考时间信号为1PPS信号。
在用户端得到与发射端相对相位关系稳定的10MHz频率信号，用户端得到的10MHz频率经过一个分频器得到一个1PPS信号。
1)时间频率源输出10MHz频率信号到发射端光纤频率传递发射机，经过频率及数据传输链路传递到n个用户端的光纤频率传递接收机，其中n＝3，在各用户端得到与发射端相对相位关系稳定的10MHz频率信号；
2)用户端1得到的10MHz频率信号经过用户端1的分频器得到一个1PPS信号；
3)步骤2)所述的时1PPS信号间信号经过可编程延迟器延时后输出用户端1的1PPS信号；
4)时间频率源输出参考1PPS信号到量子双向比对发射端；
5)量子双向比对接收端1将步骤3)中用户端1的1PPS信号输入到量子双向比对接收端1；
6)通过量子双向时间比对的方式得到用户端1与时间频率源的钟差t0；
7)用户端1的运算控制单元根据步骤6)测得的钟差t0，调整用户端1的可编程延迟器，调整量为t0；
至此用户端1的1PPS信号与时间频率源的1PPS信号实现了同步。
8)发射端通过控制自动切换模块以时分复用的方式对3个用户端轮循进行量子双向时间比对，按照与用户端1相同的方法实现其余n-1个用户端1PPS信号与时间频率源1PPS信号的同步。
至此，实现了各用户端1PPS信号与时间频率源1PPS信号的同步，能够达到频率稳定度优于E-17/s。
综上所述，本发明为了克服现有技术的缺点，提供一种基于时分复用的高精度多用户量子时间同步方法及***，本发明采用量子光源作为时间信号的载体，能够实现多用户的量子时间同步并确保时间同步的高精度和高可靠性。本发明在光纤频率传递基础上，结合了光纤频率传递的高稳定度与量子时间同步的高准确度，采用自动切换电路以时分复用的方式对各个用户端进行量子双向比对，实现高准确度高稳定度多用户量子时间同步，消除了传统级联方案中引入的级联累积误差。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过发射端的时间频率源输出参考频率信号和参考时间信号；
通过发射端的光纤频率传递发射机接收所述参考频率信号，并通过n个频率及数据传输链路分别传递到n个用户端，n为大于等于2的正整数；用户端i得到与发射端相对相位关系稳定的频率信号i，1≤i≤n；
通过发射端的量子双向比对自动切换模块接收所述参考时间信号，并通过n个量子双向传输链路分别传递到n个用户端，通过量子双向时间比对的方式得到用户端i与时间频率源的钟差t0i；
用户端i的运算控制单元i根据钟差t0i调整可编程延迟器i的调整量为t0i；
用户端i得到的频率信号i输入分频器i获得一个时间信号i；将时间信号i输入可编程延迟器i进行延迟处理，获得用户端i的输出时间信号i；
所述量子双向比对自动切换模块采用时分复用的方式对n个用户端轮循进行量子双向时间比对；
所述量子双向比对自动切换模块包括：量子双向比对发射端和自动切换电路；
每个用户端均包括：量子双向比对接收端；
所述量子双向比对发射端用于接收参考时间信号，并通过自动切换电路和量子双向传输链路传递给每个用户端的量子双向比对接收端。
2.根据权利要求1所述的一种基于时分复用的多用户量子时间同步方法，其特征在于，时间频率源输出10MHz频率信号到发射端的光纤频率传递发射机；
n＝3；
在各个用户端得到与发射端相对相位关系稳定的10MHz频率信号；
能够达到频率稳定度优于E-17/s。
3.一种基于时分复用的多用户量子时间同步***，其特征在于，包括：
时间频率源，用于输出参考频率信号和参考时间信号；
光纤频率传递发射机，用于接收所述参考频率信号，并通过n个频率及数据传输链路分别传递到n个用户端，n为大于等于2的正整数；用户端i得到与发射端相对相位关系稳定的频率信号i，1≤i≤n；
量子双向比对自动切换模块，用于接收所述参考时间信号，并通过n个量子双向传输链路分别传递到n个用户端，通过量子双向时间比对的方式得到用户端i与时间频率源的钟差t0i；
用户端i的运算控制单元i，用于根据钟差t0i调整可编程延迟器i的调整量为t0i；
用户端i的分频器i，用于输入用户端i得到的频率信号i并获得一个时间信号i；
用户端i的可编程延迟器i，用于根据调整量t0i对输入的时间信号i进行延迟处理，获得用户端i的输出时间信号i；
所述量子双向比对自动切换模块采用时分复用的方式对n个用户端轮循进行量子双向时间比对；
所述量子双向比对自动切换模块包括：量子双向比对发射端和自动切换电路；
每个用户端均包括：量子双向比对接收端；
所述量子双向比对发射端用于接收参考时间信号，并通过自动切换电路和量子双向传输链路传递给每个用户端的量子双向比对接收端。
4.根据权利要求3所述的一种基于时分复用的多用户量子时间同步***，其特征在于，每个用户端包括：光纤频率传递接收机、分频器、可编程延迟器、运算控制单元和量子双向比对接收端。
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