基于White Rabbit的广域高精度时间传递技术研究

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时间频率是国家重要的战略资源,是国防、工业、金融和科学研究等领域的基础。广域高精度的光纤时间传递对国家授时体系完整和时间安全战略有着重要意义。目前高精度的光纤时间同步主要采用基于点对点的传输体制,难以实现广域范围内多节点的时间同步。提升光纤时频传递系统的覆盖范围同时保证高精度时间同步仍然是需要解决的问题。为进一步提高光纤同步网络的时间同步精度和扩展时间同步覆盖范围,本文基于White Rabbit时间同步技术对广域高精度光纤时间传递进行重点研究,主要内容如下:(1)针对White Rabbit技术实现高精度时间同步的影响因素,建立单纤双向光纤时延传递不对称性和电路时延校准方法,分析同步链路时延校准误差对同步精度的影响。该方法能够实现时间同步链路中双向时延不对称系数和收发电路时延的高精度测量,提高时间同步准确度。(2)针对温度对光纤同步链路的突出影响,分析光纤同步链路在温度波动下的同步性能,提出了基于温度补偿和卡尔曼滤波的时间同步方法。该方法将实验测量得到的光纤和收发电路温度效应作为同步系统的输入控制量对单向时延进行修正,并利用卡尔曼滤波算法对同步过程中的噪声进行滤除,有效提高了温度波动环境中的同步准确度和同步精度。(3)针对目前高精度光纤时间同步网络覆盖范围不足的问题,提出了基于OEO和光放大器级联的White Rabbit同步链路广域扩展方法。对White Rabbit同步链路中继的设计进行分析,研究OEO中继和光放大器中继对光纤时间传递的影响,结合实际的White Rabbit同步链路参数建立了确定中继距离和中继节点的模型。本文的研究成果可以应用于White Rabbit光纤时间同步网络中,以及为未来构建地面广域光纤时间同步网提供一定的理论参考,通过本文提出的补偿滤波方法和中继方法,可以有效提高时间同步精度和时间传递距离。
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