本文關(guān)鍵詞：自由空間時間頻率同步，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在當(dāng)今時間頻率體系中,時間頻率同步,尤其是自由空間時間頻率同步發(fā)揮著不可替代的作用。本論文針對衛(wèi)星導(dǎo)航定位與授時、射電天文學(xué)等領(lǐng)域的需求,開展了基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ê凸廨d射頻兩種自由空間時間頻率同步方法的研究。該研究主要包括以下幾個方面:1.基于相位補(bǔ)償?shù)淖杂煽臻g微波頻率同步。這一工作在距離為108 m的大氣中實驗演示了L波段頻率信號的高穩(wěn)定度傳輸。通過探測與補(bǔ)償傳輸路徑中的相位噪聲和一系列頻率變換,兩條傳輸鏈路同時將相位鎖定于同一頻率參考源的不同頻率信號由發(fā)射端發(fā)出,在接收端分別復(fù)現(xiàn)了參考頻率,測得兩復(fù)現(xiàn)的頻率信號間的相對穩(wěn)定度——即采用相位補(bǔ)償方法的自由空間頻率傳輸穩(wěn)定度優(yōu)于3×10-13/s、4×10-17/d。此方案可以將目前各種商用原子鐘,如銫束鐘、主動型氫原子鐘等的頻率信號傳輸至客戶端并保持其頻率穩(wěn)定度,在異地原子鐘的高精度頻率比對、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、射電天文學(xué)和海陸空天立體時間頻率網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中有廣闊的應(yīng)用前景。2.基于相位補(bǔ)償?shù)男堑匚⒉l率同步鏈路可行性論證。為了預(yù)估主動相位補(bǔ)償?shù)奈⒉l率傳輸方案在星地鏈路等遠(yuǎn)距離傳輸中的穩(wěn)定度,將實驗設(shè)備集成為可搬運(yùn)系統(tǒng),并在中國計量院昌平基地進(jìn)行了從10 m到640 m不同傳輸距離上的測試。在氣流相對平穩(wěn)的夜間,測量了系統(tǒng)短期傳輸穩(wěn)定度,并參照大氣湍流標(biāo)度律構(gòu)建了傳輸穩(wěn)定度與積分時間和傳輸距離的二元回歸模型。回歸分析的結(jié)果表明,若將這一模型外推到星地鏈路,傳輸穩(wěn)定度有望達(dá)到1×10-12/s、6×10-16/d,這一指標(biāo)較衛(wèi)星雙向時間頻率比對法和基于GPS的時間頻率傳輸方法有一到兩個數(shù)量級的提升。3.基于相位補(bǔ)償?shù)淖杂煽臻g光載射頻頻率同步。本論文提出了1550 nm波段自由空間光載射頻的頻率同步技術(shù)。利用18 mm口徑光纖準(zhǔn)直器搭建的頻率同步系統(tǒng)在70 m室內(nèi)空氣中傳輸穩(wěn)定度為2×10-12@1 s、9×10-16@104s,改進(jìn)的利用300 mm口徑反射式望遠(yuǎn)鏡搭建的頻率同步系統(tǒng)在30 m室內(nèi)空氣初步測試中傳輸穩(wěn)定度下限為10-14@1 s、10-18@104 s。此外,采用溫度補(bǔ)償方法搭建了頻率無關(guān)的光纖時延的測量與控制系統(tǒng),與上述頻率同步方法結(jié)合可以實現(xiàn)多路時標(biāo)信號和頻率信號的同時傳輸。
【關(guān)鍵詞】：自由空間 時間頻率同步 穩(wěn)定度 星地鏈路 相位補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O412.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 時間頻率與量子頻率標(biāo)準(zhǔn)9-12
• 1.1.1 時鐘發(fā)展與時間頻率體系9-10
• 1.1.2 量子頻率標(biāo)準(zhǔn)10-12
• 1.2 時間頻率同步的意義與發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 自由空間時間頻率同步概述14-20
• 1.3.1 羅蘭 -C14
• 1.3.2 衛(wèi)星共視法14-15
• 1.3.3 衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞法15-16
• 1.3.4 GPS載波相位法16
• 1.3.5 激光時間比對16-18
• 1.3.6 近年自由空間時間頻率同步相關(guān)研究18-20
• 1.4 本論文主要內(nèi)容20-21
• 第2章 自由空間時間頻率同步相關(guān)理論與技術(shù)方法21-34
• 2.1 大氣對自由空間鏈路的影響21-25
• 2.1.1 大氣衰減21-22
• 2.1.2 色散與電離層22-23
• 2.1.3 大氣湍流23-25
• 2.2 多徑效應(yīng)25-26
• 2.3 薩尼亞克效應(yīng)26
• 2.4 時間頻率穩(wěn)定度與相位噪聲26-31
• 2.4.1 穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度26-27
• 2.4.2 頻率穩(wěn)定度的頻域表征和時域表征27-31
• 2.4.3 時間頻率穩(wěn)定度測量方法31
• 2.5 鎖相環(huán)31-32
• 2.6 PID控制32-34
• 第3章 主動相位補(bǔ)償自由空間微波頻率同步系統(tǒng)34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 方案設(shè)計34-39
• 3.2.1 波段選擇34-35
• 3.2.2 天線35-36
• 3.2.3 雙工器與多工器36-37
• 3.2.4 頻率合成37-38
• 3.2.5 測量系統(tǒng)38-39
• 3.2.6 電磁兼容39
• 3.3 實驗原理與實驗過程39-43
• 3.4 結(jié)果分析43-46
• 3.5 自由空間鎖相微波鏈路在通信中的潛在應(yīng)用46-49
• 3.6 鎖相微波鏈路在射電天文學(xué)中的潛在應(yīng)用49-51
• 第4章 相位補(bǔ)償星地頻率同步鏈路可行性論證51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)51-54
• 4.3 實驗系統(tǒng)描述54-58
• 4.4 模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)分析58-63
• 4.4.1 二元線性回歸模型58-61
• 4.4.2 回歸模型的外推61-63
• 第5章 自由空間光載射頻頻率同步與基于光纖的時延測控63-84
• 5.1 引言63
• 5.2 自由空間光通信鏈路63-65
• 5.3 自由空間光載射頻頻率同步方案設(shè)計65-69
• 5.3.1 工作波長65-66
• 5.3.2 光學(xué)元件選型66-68
• 5.3.3 鏈路損耗68-69
• 5.4 自由空間光載射頻頻率同步初步實驗69-74
• 5.4.1 相位補(bǔ)償光載射頻頻率同步原理69-72
• 5.4.2 實驗裝置與實驗過程72-73
• 5.4.3 結(jié)果分析73-74
• 5.5 對初步實驗的改進(jìn)74-77
• 5.6 光纖時延的測量和控制77-84
• 5.6.1 溫控光纖延遲線相關(guān)研究77-79
• 5.6.2 實驗原理與實驗裝置79-81
• 5.6.3 結(jié)果分析81-84
• 第6章 總結(jié)與展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-93
• 致謝93-95
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果95-97

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本文編號：282475