依据光纤折射率温变效应,得出了单向链路和往返双纤链路中单波长信号时延波动与双波长信号时延差波动的比值相等的理论模型,进而提出了与现有光纤通信网络兼容的双纤单向传输授时方法,仿真研究了双波长信号时延差波动和比值随波长和温度的变化规律。搭建了75 km双纤单向链路的延时测量平台,对比值相等模型进行了实验研究。实验结果表明:传输50 km后在终端站得到的比值为-266.9,时间信号经75 km双纤往返传输回本地站后得到的比值为-256.4,推算得出单向传输时延波动的理论与实际值相差520 ps。仿真和实验结果验证了基于双纤单向传输的授时方法的可行性。

针对光载无线通信(ROF)链路大量程、高精度时延测量需求,提出了基于时、频、信共传模式下的ROF链路时延测量方案。将秒脉冲信号进行副载波调制,使ROF信号和时延测量信号同波长传输,解决了秒脉冲测量信号对于ROF信号的干扰问题,同时实现了ROF传输和高精度时延测量功能。搭建了实验测量系统,验证了ROF系统和时延测量系统的兼容共生特性,测量了温度剧烈变化下的25 km光纤链路绝对时延及其时延变化。实验结果表明该方法在保证ROF链路信号传输质量的情况下能够实现高精度、大量程的链路时延测量。

针对光纤链路大量程、高精度时延的测量要求,提出了秒脉冲信号与频率信号同波长共传方案。该方案将秒脉冲计数法粗测与频率信号比相法细测的结果拼接组合,以实现对光纤链路真时延的高精度测量。搭建了实验测量系统,验证了粗、细测量结果的一致性,测量了剧烈温变条件下25 km光纤链路的绝对时延及其时延变化。实验结果表明,该方法能够将脉冲计数法的大量程优势和相位测量法高分辨率优势有效融合。

基于多相位屏原理并利用功率谱反演法,建立了光强闪烁对脉冲到达时刻抖动的影响模型,仿真研究了不同接收孔径和不同传输距离条件下脉冲到达时刻抖动的变化规律。仿真结果表明:在孔径接收条件下,脉冲到达时刻抖动呈正偏态分布;采用大孔径接收天线可有效抑制脉冲到达时刻的抖动;与近地端相比,传输距离的变化对远地端脉冲到达时刻抖动的影响较小。搭建了大气湍流引起的脉冲到达时刻抖动的实验平台,采集了经过湍流信道传播的秒脉冲波形,利用门限检测法确定了脉冲到达时刻。实验结果表明,脉冲到达时刻抖动分布与理论分析结果相符。

微波光子变频与移相技术是微波光子雷达的两个关键技术, 若在实现微波光子变频的同时完成移相, 可以大幅降低微波光子雷达系统的复杂度和体积。本研究基于光电振荡环路提出一种可同时完成微波光子变频与移相的方法, 利用光电振荡环路对基频微波信号进行上变频, 通过改变光电振荡器的输出频率, 实现1.6～21.16 GHz可调谐上变频; 调节可调谐激光器的输出波长, 利用色散补偿光纤的延迟效应等效改变上变频信号的相位, 调谐范围可达50.4°。该方案将微波光子变频与移相技术结合, 在拓展光电振荡器应用范围的同时, 对微波光子雷达的实用化也有一定借鉴意义。

针对双波长空间激光授时系统受大气折射率分布的影响而产生授时偏差的问题,利用实测气象数据建立了大气折射率分布对授时偏差的影响模型。以该模型为基础分别仿真研究了在地面终端捕获模式和星上终端捕获模式下双向链路不对称时延差和收发终端位置偏差随不同地区、不同月份和不同天顶角的变化规律。结果表明:大气压强越低,大气温度越高,不对称时延差和收发终端位置偏差越小;星上终端捕获模式下的授时偏差达到百皮秒量级;地面终端捕获模式下的授时偏差达到纳秒量级,通过进一步双向精密对准可将其减少到十皮秒量级。在卫星过顶时间内,不对称时延差和收发终端位置偏差随天顶角的变化而变化,并且存在地面终端地理位置的差异,需实时校正并消除不对称时延差和收发终端位置偏差。

基于电光调制器产生微波信号的倍频方法结构简单、调谐性好、稳定性较高, 为产生毫米波频段乃至太赫兹频段信号提供了一种有效的解决方法。重点介绍了基于电光调制器的几种典型倍频方案与关键技术及其最新研究进展, 综合比较了各个方案的优缺点, 并给出了下一步研究与发展的方向。

在高精度光纤频标传递过程中,需要对光纤链路引入的相位波动进行测量和补偿,其中引入的频率串扰是影响频标传递性能因素之一。为评估频率串扰对光纤频标传递性能影响,建立了频率串扰对频率传递稳定度的影响模型。在光纤链路温度变化条件下,通过仿真分析和实验研究了频率串扰与稳定度损失之间的关系。结果表明,频标的稳定度损失与串扰因子和频率有关。串扰因子越大,信号的阿伦方差曲线整体上移幅度越大,且串扰因子和稳定度损失峰值近似呈线性关系;频标频率变化时,频标传递的长期稳定度并非只受由温度缓慢变化引起的时延缓慢漂移的影响,也与频率点和时延波动量有关。频率升高时,频率稳定度损失的峰值点向短稳移动。

将传统方法中伪随机序列发生器与电光调制器产生的光伪随机信号, 替换为光电振荡器产生的光混沌信号。搭建光电振荡器仿真系统, 产生带宽为30 GHz的光混沌信号, 利用1.25 GHz低速模数转换器, 成功地对0~10 GHz频带内的5个频率随机、幅度随机的频域稀疏信号进行压缩采样和信号重构, 并对混沌光子压缩采样的重构性能与传统方法做出详细比较。仿真结果表明,这种混沌光子压缩采样方法可行, 且其重构概率大于传统方法。