光纤时频网络化精密同步及航天测量应用

发布时间：2017-12-02 05:28

  本文关键词：光纤时频网络化精密同步及航天测量应用

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【摘要】：基于光纤的时间频率同步技术可以实现远距离的高精度时频同步,在光频原子钟比对、天文观测、深空探测等众多领域展现出巨大的应用潜力。本论文的研究内容主要针对传统光纤时频同步方案仅适用于点对点同步的局限性,提出了多种光纤时频网络化传输的解决方案,并且重点对其在航天测量领域的应用进行了实验研究与分析。本文介绍了光纤时频同步的可多点下载技术,利用该技术可以在已经实现点对点时频同步的光纤链路任意位置提取高精度的频率信号。光频同步实验在任意位置下载频率稳定度可以达到3×10-16/s,4×10-18/104s,微波频率同步实验在任意位置下载频率稳定度可以达到7×10-14/s和5×10-18/天。该技术的提出可以极大地拓展光纤时频同步的覆盖范围,尤其是在长距离同步情形具有十分重要的应用价值。针对许多应用领域提出的多分支网络化时频同步需求,本文介绍了基于光纤的网络化被动同步技术及其实验演示,该技术通过在各接收端对传输过程中光纤引入的相位噪声进行被动补偿的方式实现了高精度的时频网络化同步。与传统主动补偿方式相比具有结构简单,多分支相互独立并且易于扩展等优势,在10 km的传输距离上,其同步精度可以达到6×10-15/s与7×10-17/104s,有望应用于平方公里阵列天文望远镜(SKA)等大型科学项目。作为该技术的初步应用举例,本文介绍了正在建设中的北京地区区域时频同步网络。本论文还重点介绍了在某卫星观测站进行的短基线卫星干涉测量实验,利用实验室自主研发的光纤时频同步样机,结合搬运钟时标比对方法,实现了相距70 km两观测站间的高精度时频同步,站间频率相对稳定度达到了5×10-15/s,6×10-19/104s,时标比对精度优于5 ns。通过对两站观测某同步轨道卫星的数据进行初步分析,估计测轨精度理论上可以达到米量级。实验结果初步表明采用光纤时频同步技术,可以提高传统干涉测量技术的站间时频同步精度,从而缩短观测基线并提高观测精度。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V556;TM935.1

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本文编号：1243822