Способ передачи опорного сигнала на разнесенные в пространстве пункты и устройство для его осуществления

 

Использование: в радиолокации, радиопеленгации с использованием пространственно разнесенных антенных систем, а также в технике передачи сигналов точного времени. Сущность изобретения: по линиям связи из каждого промежуточного пункта в центральный передают колебания несущей частоты, в центральном пункте измеряют в масштабе длины волны оптической несущей изменение поляризационно-дисперсионной добавки электрических длин оптических линий связи и определяют изменение электрической длины каждой из них по формуле, приведенной в описании изобретения. Оптические линии выполнены в виде анизатропных волоконных световодов, в каждый промежуточный пункт дополнительно введены ответвитель несущей, дополнительный источник несущей, дополнительный модулятор несущей, поляризационный анализатор, синхронный детектор, генератор тактовой частоты, четвертьволновая пластина 23. На центральном пункте для каждой оптической линия связи, идущей к соответствующему промежуточному пункту, введены дополнительно ответвитель 4 несущей, модулятор 5 несущей, поляризационный анализатор 6, фотоприемник 7, два синхронных детектора 9,10, блок идентификации 11 знака сигнала ошибки, реверсивный счетчик 12, корректор 13 фазы опорного сигнала. Цель изобретения - увеличение надежности передачи путем повышения точности фазирования колебаний, излучаемых в промежуточных пунктах. 3 ил.

Изобретение относится к радиолокации, радиопеленгации с использованием пространственно разнесенных антенных систем, а также к технике передачи сигналов точного времени. Изобретение реализуется посредством передачи опорного радиосигнала в промежуточные пункты, соответствующие пространственно разнесенным аппаратурным комплексам.

Для достижения высокой точности пеленгации объектов необходимо, в первую очередь, обеспечить когерентность колебаний, излучаемых антеннами, входящими в состав, например, фазированной антенной решетки. При больших базах таких решеток (10⁴ 10⁵ λ ) принципиальное значение имеет собственная нестабильность электрических длин (ЭД) трактов, передающих опорный сигнал из центрального пункта в промежуточные. Простые оценки показывают, что нестабильность угловой ориентации ( Δϕ) диаграммы направленности пропорциональна величине собственной фазовой нестабильности (ΔΨ) тракта передачи опорного сигнала Δϕ≈K ΔΨ (1) где K имеет порядок отношения Λ/L (L длина тракта). Таким образом, если допустимой величиной Δϕ является, например, 10^-6 рад, то при K ∈ [10^-4- 10^-5] [10^-4 10^-5] ΔΨ ≈ [10^-2- 10^-1 рад] Для обеспечения такой величины собственной нестабильности тракта передачи обычно применяют специальные системы стабилизации или коррекции изменений ЭД.

Известны способ передачи опорного сигнала из центрального пункта к периферийным по кабельным линиям связи и устройство для осуществления этого способа. Способ заключается в измерении вариаций ЭД кабельной линии связи путем сравнения фазовых набегов по ней в прямом и обратном направлениях на двух близких частотах ν₁ и ν_2. При этом на центральном пункте расположены опорные генераторы ν₁ и ν ₁-ν ₂, а на промежуточных генератор излучаемой частоты ν₂ Колебания первого из них через циркулятор поступают в кабельную линию связи и на смеситель, где смешиваются с колебаниями генератора ν₂ пришедшими через тот же циркулятор по кабельной линии. Сигнал разностной частоты ν ₁-ν ₂ от смесителя поступает на фазовый детектор центрального пункта, где сравнивается по фазе с колебаниями второго опорного генератора ν ₁-ν ₂. Колебания второго опорного генератора также через кабельную линию связи передаются в промежуточные пункты. В каждом промежуточном пункте находится местный генератор излучаемой частоты ν ₂, циркулятор, смеситель, ответвитель для колебаний ν₁-ν ₂, приходящих по кабельной линии из центрального пункта, усилитель для сигнала ν₁-ν₂ и фазовый детектор. На один вход последнего подается сигнал ν₁-ν₂ образующийся в результате смешения опорного сигнала ν₁ с сигналом местного генератора ν₂ На второй вход смесителя поступает сигнал второго опорного генератора, переданный по кабельной линии связи и прошедший через ответвитель и усилитель. Выходное напряжение фазового детектора, пропорциональное углу расфазировки двух колебаний с частотой ν ₁-ν₂поступает для подстройки фазы колебаний местного генератора ν₂ Эти способ и устройство имеют низкую точность из-за высокого уровня отражений в кабельной линии, а также характеризуется ошибкой, обусловленной дисперсией фазовых скоростей в кабельной линии для опорных сигналов на частотах ν₁ и ν₁-ν₂ Прототипом предлагаемого способа является способ, суть которого состоит в следующем. Опорный радиочастотный сигнал (частоты ω ) передают из центрального пункта в промежуточные по атмосферной оптической линии связи, модулируя этим сигналом две оптические несущие ν ₁ и ν ₂; в промежуточном пункте фотодетектируют эти несущие, выделяя два сигнала опорной частоты ( ω) модуляции и по разности фазовых набегов двух выделенных опорных сигналов корректируют изменение ЭД воздушного канала связи.

Устройство для осуществления предложенного способа состоит из установленных на центральном пункте двух источников оптических несущих (частоты ν ₁ и ν₂ ), оптической системы, коаксиально совмещающей световые пучки указанных источников; электрооптического модулятора, к радиочастотному входу которого подключен опорный генератор (ω ), а к оптическому входу подключены коаксиально совмещенные выходы двух источников световых несущих (ν ₁ и ν₂ ); оптический выход модулятора соединен с входом оптического распределительного устройства, которое ориентирует мультиплицированные двухцветные световые пучки на соответствующие промежуточные пункты, а на каждом из периферийных пунктов установлено фотоприемное устройство, сопряженное с фазометром. Фотоприемное устройство включает входную оптическую систему, направляющую каждую из принятых световых несущих на свой фотодетектор; выход первого фотодетектора соединен с одним выходом фазометра, а выход второго фотодетектора связан с вторым входом фазометра и входом корректора фазы опорного сигнала, электрический выход фазометра соединен с управляющим входом корректора фазы, выход корректора фазы подключен к антенне или смесительному элементу.

Однако данный способ и устройство имеют недостаточную точность коррекции изменений ЭД воздушной линии связи, малую надежность и помехоустойчивость. Первый из указанных недостатков связан с возможностью появления ошибок фазирования ввиду наличия в центральном и промежуточных пунктах участков, где две световые несущие проходят через разные оптические и оптоэлектронные устройства. Например, наличие двух фотоприемников (в каждом канале ν₁ и ν₂ ) приводит к появлению ошибки, обусловленной неидентичностью их фазовых характеристик. Кроме того, измерение колебаний ЭД линии связи осуществляется в масштабе длины волны опорного сигнала, что может в ряде случаев быть недостаточным. Последние два недостатка связаны с тем, что условия распространения в атмосферной оптической линии подвержены прямому воздействию гидрометеоров и техногенных осадков, при этом оптические входы промежуточных пунктов практически не защищены от проникновения как фонового, так и направленного излучений (помех).

Целью изобретения является увеличение точности и надежности фазирования промежуточных пунктов по опорному сигналу. Способ заключается в генерировании на центральном пункте опорного сигнала, передаче его путем модуляции оптической несущей по оптическим линиям связи к промежуточным пунктам и коррекции изменений (ΔL(T)) электрической длины этих линий, измерении и коррекции величины фазового рассогласования передаваемого опорного сигнала с сигналом, генерируемым в каждом промежуточном пункте. В каждом промежуточном пункте формируют опорный сигнал и передают по тем же оптическим линиям связи из каждого промежуточного пункта в центральный, в центральном пункте измеряют в масштабе длины волны оптической несущей изменение поляризационно-дисперсионной добавки ( Δl(T)) электрических длин оптических линий связи и определяют ΔL(T) по формуле ΔL(T) Δl(T) (n_г-1) где и термические коэффициенты группового показателя преломления (n_г) и двулучепреломления используемых оптических линий связи соответственно.

В устройство передачи опорного сигнала на разнесенные в пространстве пункты, состоящие из опорного генератора, источника несущей и модулятора несущей, установленных на центральном пункте, и приемника несущей местного генератора и системы ФАПЧ, установленных на каждом из промежуточных пунктов, а также оптических линий связи, соединяющих центральный пункт с промежуточными, оптические линии связи выполнены в виде анизотропных волоконных световодов, в каждый из промежуточных пунктов дополнительно введены ответвитель несущей, дополнительный источник несущей, дополнительный модулятор несущей, поляризационный анализатор, синхронный детектор и генератор тактовой частоты, при этом суммарный канал ответвителя несущей соединен с выходом оптической линии связи, его вход через четвертьволновую пластинку подключен к выходу дополнительного источника несущей, а его выход подключен к входу дополнительного модулятора несущей, на управляющий вход которого подключен выход местного генератора, выход дополнительного модулятора несущей подключен через поляризационный анализатор, ось которого перпендикулярна поляризации излучения, приходящего по оптической линии связи, к входу фотоприемника, выход которого соединен с входом синхронного детектора, на управляющий вход которого подключен выход генератора тактовой частоты, а выход синхронного детектора соединен с входом системы ФАПЧ, выход которой связан с управляющим входом местного генератора.

На центральном пункте для каждой оптической линии связи, идущей к соответствующему промежуточному пункту, дополнительно введены ответвитель несущей, модулятор несущей, поляризационный анализатор, фотоприемник, два синхронных детектора, схема идентификации знака сигнала ошибки, реверсивный счетчик, корректор фазы опорного сигнала.

Кроме того, для всех оптических линий связи введен также общий генератор тактовых частот, при этом суммарный канал ответвителя несущей связан с входом соответствующей оптической линии связи, его выход соединен с входом дополнительного модулятора несущей, оптические оси которого сориентированы параллельно осям анизотропии оптической линии связи, управляющий вход дополнительного модулятора несущей подключен к выходу первой гармоники генератора тактовых частот, а выход модулятора через поляризационный анализатор, ось которого развернута на 45± 3^оотносительно электрооптических осей дополнительного модулятора несущей, соединен с фотоприемником несущей, выход которого подключен к входам синхронных детекторов первой и второй гармоник тактовой частоты, управляющие входы синхронных детекторов соединены с соответствующими выходами генератора тактовых частот, а выходы синхронных детекторов подключены к входам схемы идентификации знака сигнала ошибки, выходы которой подключены к входам реверсивного счетчика, аналоговый выход которого соединен с управляющим входом корректора фазы опорного сигнала, вход которого соединен с выходом генератора опорных колебаний, а выход с управляющим входом модулятора несущей.

В результате проведенных патентных исследований не установлено наличия технических решений, содержащих отличительные признаки предложенного технического решения. Таким образом, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Рассмотрим, в чем состоит суть предлагаемого способа, предполагая для простоты, что требуется передать опорный сигнал частоты ω (СВЧ-диапазон) из центрального пункта в один промежуточный пункт. В качестве линии передачи предполагается использовать поляризационно-дисперсионный тракт (например, анизотропный волоконный световод (ABC). Для определенности будем считать, что анизотропия тракта передачи состоит в различии групповых показателей преломления для вертикально и горизонтально поляризованных компонент света, т.е.

n_x ≠ n_y; ≪ 1, (1) где B λ /Λ_б нормализованное двулучепреломление; λ- длина волны света в вакууме; Λ_б- длина волны поляризационных биений. Известно, что основной причиной, сказывающейся на нестабильность ЭД волоконно-оптического тракта, является изменение температуры окружающей среды. Абсолютное приращение ЭД световода длиной L при изменениях температуры (ΔT) можно представить в виде ΔL V (n 1) L˙ ΔT, (2) где V ∂(n-1)/∂T термооптический коэффициент (для кварца V ≈ 10^-5 гр^-1). Из выражения (2) легко видеть, что при передаче по волоконному световоду (BC) длиной 1 км СВЧ-огибающей ( ≈5 10 ГГц) термодрейф фазы ( ΔL) имеет порядок π/2 радиан на 1^оС. Запишем выражения, определяющие зависимость электрической длины ABC от температуры для двух ортогональных поляризаций светового поля L_y(T) n_y (T) ˙ L, L_x (T) n_x (T) ˙L. (3) Зависимость L(T) можно считать существенно более слабой, чем зависимость n(T) Приращения ЭД при изменениях температуры можно записать в виде ΔL_x(y)(T) L V_x(y) (n_x(y) 1) ΔT. (4) Тогда для разности температурных приращений L_y(T) и L_x(T) можно получить
Δl(T) ≡ ΔL_y(T) ΔL_x(T) L T L ΔT (5) Возьмем отношение приращений ЭД для одной поляризации (4) к разностному приращению ЭД анизотропного ВС для двух поляризаций (5)
R ≡ (6) Для реально существующих ABC n_y n << 1 и V_x ≃ V_y. Будем полагать, что B≈10^-4 и характеризуется линейной зависимостью от температуры, т.е.

B(T) B1 + (7) где B_o исходное значение двулучепреломления при температуре T_o;
ΔT приращение температуры
Коэффициент "редукции" R, определяемый выражением (6), не зависит от температуры и является характеристикой данного ABC. Таким образом, выражение (6) носит фундаментальный характер для рассматриваемого способа передачи опорного сигнала. Оно позволяет прогнозировать изменение ЭД световода Δl(T) по измеренному разностному теромодрейфу Δl(T) для двух ортогональных поляризаций. Действительно, переписывая выражение (6) в более удобной форме, получим
ΔL(T) Δl(T) · (n_г-1) Δl(T)·R (6,a) В этом плане коэффициент R аналогичен коэффициенту A по прототипу, однако существует два существенных различия этих способов. Первое: в предлагаемом техническом решении R обусловлен проявлением поляризационной дисперсией тракта, в прототипе A обусловлен хроматической дисперсией света. Второе: величина Δl(T) здесь изменяется в масштабе длины волны света, а в прототипе аналогичная дисперсионная поправка измеряется в масштабе длины волны опорного сигнала (СВЧ-диапазон)
Согласно проведенным экспериментальным исследованиям, параметры опытного ABC составляют: B 0,8 х 10^-4, ∂B/∂T 0,7 х 10^-7 гр^-1, V 10^-5 гр^-1, n_г ≃ 1-5, L 73 м, R 71,5, при этом изменение температуры, при котором разность электрических длин ABC для двух поляризаций равна λ 0,63 мкм, составляет ΔT_o⁽λ⁾ 0,13^оС. Пересчитаем этот параметр для ABC этого же типа, но длиной 1 км
ΔT^(λ)_1км ΔT⁽_oλ⁾ ≃ 9,5·10^-3 гр
Таким образом, при длине линии связи 1 км разность хода двух ортогонально-поляризованных компонент λ возникает при изменении температуры ΔT_o⁽λ⁾= 9,5 х 10^-3 гр. При этом изменение ЭД линии связи для одной поляризационной компоненты согласно выражению (4) будет иметь порядок ΔL_x(y) 0,048 мм или для фазы СВЧ-опорного сигнала ( 10 ГГц) это составит около половины градуса. Приведенные оценки сделаны в связи с тем, что Δl(T) измеряется с дискретом λ хотя известно из практики интерференционных измерений, что этот дискрет может быть существенно уменьшен ( λ/10 и меньше). Кроме того, точность измерения Δl(T) может быть улучшена на порядок за счет увеличения B от 10^-4 до 10^-3 (см. выражение (7). Итак, точность измерения изменений ΔL(T) тракта передачи километровой длины согласно выражению (6, а) определяется выражением d[ ΔL (T)] d [ Δl(T˙] R. Если дискрет измерения d[ Δ l(T)] выбран равным λ= 0,63 мкм, то d[ ΔL(T)]≈ 0,09 мм, если дискрет d[ Δ l(T)] λ /10, то d[Δ L(T)] 0,009 мм.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для осуществления предложенного способа передачи опорного сигнала.

Устройство передачи опорного сигнала (например, в радиоинтерферометре) содержит в центральном пункте источник 1 несущих колебаний, генератор 2 опорных колебаний, электрооптический модулятор 3 несущей частоты, волоконно-оптический ответвитель 4, дополнительный (низкочастотный) электрооптический модулятор несущей частоты 5, поляризационный анализатор 6, фотоприемник 7, генератор 8 тактовых частот, синхронные детекторы 9, 10, схема 11 идентификации знака сигнала ошибки, реверсивный счетчик 12, корректор фазы опорных колебаний 13, волоконно-оптическая линия связи 14,
В промежуточных пунктах устройство содержит волоконно-оптический ответвитель 15, электрооптический модулятор несущей 16, местный генератор 17; фотоприемник 18, генератор 19 тактовой частоты, синхронный детектор 20, систему ФАПЧ 21 местного генератора, дополнительный источник несущей 22, четвертьволновую пластинку 23.

При этом оптические линии связи, соединяющие центральный пункт с промежуточными, выполнены в виде анизотропных волоконных световодов, в каждом из промежуточных пунктов суммарный канал ответвителя несущей соединен с выходом оптической линии связи, его вход через четвертьволновую пластинку подключен к выходу дополнительного источника несущей, а его выход подключен к входу дополнительного модулятора несущей, на управляющий вход которого подключен выход местного генератора, выход дополнительного модулятора несущей подключен через поляризационный анализатор, ось которого перпендикулярна поляризации излучения, проходящего по линии связи, к входу фотоприемника, выход которого соединен с входом синхронного детектора, на управляющий вход которого подключен выход генератора тактовой частоты, а выход синхронного детектора соединен с входом системы ФАПЧ, выход которой связан с управляющим входом местного генератора.

На центральном пункте для каждой оптической линии связи, идущей к соответствующему промежуточному пункту, суммарный канал ответвителя несущей связан с входом соответствующей оптической линии связи, его выход соединен с входом дополнительного модулятора несущей, оптические оси которого сориентированы параллельно осям анизотропии оптической линии связи, управляющий вход дополнительного модулятора подключен к выходу первой гармоники генератора тактовых частот, а выход модулятора через поляризационный анализатор, ось которого развернута на 45±3^оотносительно электрооптических осей дополнительного модулятора несущей, соединен с фотоприемником несущей, выход которого подключен к входам синхронных детекторов первой и второй гармоник тактовой частоты, управляющие входы синхронных детекторов соединены с соответствующими выходами генератора тактовых частот, а выходы синхронных детекторов подключены к входам схемы идентификации знака сигнала ошибки, выходы которой подключены к входам реверсивного счетчика, аналоговый выход которого соединен с управляющим входом корректора фазы опорного сигнала, вход которого соединен с выходом генератора опорных колебаний, а выход с управляющим входом модулятора несущей.

Работу устройства для осуществления предложенного способа удобнее рассматривать как взаимосвязь двух подсистем. Одна из них обеспечивает измерение величины собственного термодрейфа ЭД волоконной линии связи и корректирует фазу опорного сигнала. Вторая подсистема обеспечивает передачу опорного сигнала с упрежденно-скорректированной фазой из центрального пункта в промежуточный, сравнение текущих фаз опорного сигнала и сигнала местного генератора с выработкой соответствующего сигнала ошибки, пропорционального их расфазировке, и последующей коррекции фазы местного генератора посредством системы ФАПЧ. Обе системы работают с автономными источниками несущих колебаний одной и той же частоты, хотя при некотором усложнении схемы можно обойтись и одним источником. Принципиально важным моментом является то, что излучение источника первой подсистемы 1 должно быть линейно поляризованным, а излучение источника второй подсистемы 22 циркулярно поляризованным. Ориентация поляризации источника 1 совпадает с одной из главных диэлектрических осей ABC, используемого в линии связи центрального пункта с промежуточным.

Излучение источника 22, расположенного в промежуточном пункте, посредством четвертьволновой пластинки 23 преобразуется в циркулярно поляризованное. Далее это излучение через один из двух выходов направленного ответвителя 15 вводится в волоконно-оптическую линию связи. Поскольку ABC обладает поляризационной дисперсией, то две ортогонально поляризованные компоненты света источника 22 за время прохода по ABC приобретут разный фазовый набег. При этом разность фазовых набегов этих компонент зависит от температуры и равна
Δ ϕ= (2 π/λ) Δl(T). (8) Приходя в центральный пункт, это излучение выводится из ABC посредством направленного ответвителя 4 и через один из его выходов подается на вход дополнительного электрооптического модулятора 5, который управляется сигналом низкочастотного генератора 8 тактовых частот В результате поляризационной модуляции в модуляторе 5 и прохода излучения через поляризационный анализатор 6, ось которого развернута на 45^оотносительно осей модулятора 5, в интенсивности прошедшего света появятся составляющие на частотах Ω и 2Ω Их величины выражаются через фазовый сдвиг Δ ϕ следующим образом:
I_m1 A J₁ ( Φ₁) sin Δ ϕ
I_m2 A J₂ ( Φ₁) cos Δ ϕ (9) где A постоянная, зависящая от уровня световой мощности,
J₁ ( Φ₁), J₂ ( Φ₁) функции Бесселя;
Φ₁- индекс модуляции.

Иными словами, зная Φ₁ и измеряя I_m1 и I_m2, можно определить
Δϕ arctg . (10)
В предлагаемом устройстве составляющие I_m1 и I_m2 измеряются с помощью синхронных детекторов 9 и 10. При монотонном изменении фазового сдвига Δ ϕ во времени имеет место вполне определенная последовательность чередования знаков I_m2 и I_m2. Анализируя эту последовательность, можно определить увеличивается Δ ϕ или уменьшается. Эту функцию в устройстве выполняет схема 11 идентификации знака сигнала ошибки, выходные сигналы которой управляют реверсивным счетчиком 12. Выходной сигнал последнего поступает на управляющий вход корректора фазы 13 опорного сигнала, т.е. в результате работы первой из названных подсистем посредством корректора фазы 13 осуществляется упреждающая корректировка фазы опорного сигнала. Эта корректировка осуществляется на передающем конце, она равна Δ ϕ
Вторая подсистема работает следующим образом.

Излучение источника 1 модулируется по поляризации (или амплитуде) посредством электрооптического модулятора (3) опорным сигналом с упрежденно-скорректированной фазой. При этом сам опорный сигнал имеет фазовую модуляцию на частоте "подкраски" Ω_o т.е.

U_o E_o sin ( ωt + Φ_o sin Ω_o t) (11) где Φ_о индекс фазовой модуляции.

Через входной конец ответвителя 4 эта модулированная несущая поступает в линию связи 14. При этом поляризация излучения источника развернута на 45±3^о относительно наведенных кристаллографических осей модулятора 3 и параллельна одной из главных диэлектрических осей ABC. После прохода по линии связи, т. е. на входе в модулятор 16 промежуточного пункта, огибающая световой несущей источника 1 благодаря упреждающей коррекции ее фазы будет когерентна с колебаниями на выходе опорного генератора. В модуляторе (16) осуществляется повторная модуляция несущей источника (1), но теперь уже сигналом местного генератора 17
U₁ E₁ sin ( ωt + Ψ₁ (t)), (12) где Ψ₁(t) случайный фазовый дрейф местного генератора относительно ωt.

Можно показать, что в результате повторной модуляции несущей источника 1 в световом потоке после анализатора 24 возникает гармоническая составляющая на частоте Ω_o. Амплитуда этой составляющей выражается соотношением
I_Ωo (t) BJ₁ ( Φ_o) sin Ψ₁(t), (13) где B коэффициент, зависящий от глубины модуляции несущей и ее мощности;
J₁ ( φ_o) функция Бесселя.

Посредством фотоприемника 18 этот сигнал выделяется из модулированной несущей и поступает на вход синхронного детектора 20, на управляющий вход которого подается сигнал тактовой частоты Ω_о. Продетектированное напряжение с выхода синхронного детектора поступает на вход системы ФАПЧ 21, управляющей фазой местного генератора. Таким образом, при замкнутой петле ФАПЧ, фаза местного генератора оказывается жестко привязанной к фазе опорного генератора, фаза которого предварительно скорректирована с учетом температурного ухода ЭД оптической линии связи.

Конкретный пример реализации способа передачи опорного сигнала на разнесенные пункты показан на фиг. 1. В работе данного устройства выполняется следующая последовательность операций:
1. Передают из центрального пункта световую несущую ( λ 0,63 мкм), модулированную опорным радиосигналом (частотой = 7 ГГц) с помощью блоков 1 3.

2. Измеряют изменение поляризационно-дисперсионной добавки ( Δl(t)) оптической линии передачи на несущей ( λ 0,63 мкм) с помощью блоков: 22, 23, 15, 4 12, которое для ОЛС длиной 1000 м составляет Δl (ΔT_λ) 0,63 мкс при изменении температуры на 9,5 ˙ 10^-3 гр.

3. Корректируют фазу опорного радиосигнала на величину -sign [ Δl(T)] x R λ где sign[ Δl(T)] функция знака изменения поляризационно-дисперсионной добавки; R коэффициент редукции, известный для данной ОЛС (R 71,5), что осуществляется посредством блока 13.

4. Измеряют величину фазового рассогласования Ψ₁(t) опорного сигнала, приходящего из центрального пункта в промежуточный в виде огибающей световой несущей, с сигналом местного генератора, которая определяется выражением
Ψ₁(t) arcsin [I_Ωo(t)/BJ₁( Φ_o)] где I_Ωo(t) амплитуда сигнала ошибки фазирования на частоте Ω_о;
Φ_o- индекс модуляции на частоте фазовой подкраски;
B коэффициент, зависящий от глубины модуляции световой несущей в центральном и промежуточном пунктах соответственно опорным сигналом и сигналом местного генератора, эта операция осуществляется посредством блоков 16, 24, 18, 20, 19.

5. Корректируют фазы местного генератора на величину Ψ₁(t), что осуществляется посредством блока 21.

Иллюстрация процесса формирования сигналов коррекции фазы опорного сигнала по измеренным приращениям поляризационно-дисперсионной добавки Δl(t) представлена на фиг. 2 и 3. На фиг. 2 показан один из возможных вариантов реализации схемы идентификации знака сигнала ошибки. Эта схема включает: 1,5 триггеры Шмидта, 2,6 дифференцирующие схемы, 3,7 ограничители, 4,8 ключевые устройства.

Рассмотрим эпюры сигналов, представленные на фиг. 3. Положим, что под влиянием температурных флюктуаций поляризационно-дисперсионная добавка изменяется так, как показано на эпюре а. Эквидистантные линии вдоль вертикальной оси соответствуют изменению Δl на длину волны несущего колебания λ При этом на выходе синхронных детекторов 9 и 10 (см. фиг. 1) токи будут изменяться в соответствии с эпюрами б и в (см. фиг. 3). Эти токи поступают на входы компараторов 1 и 5 (см. фиг. 2), которые могут быть реализованы, например, в виде триггеров Шмидта на базе операционных усилителей (ОУ). Напряжения на выходе компараторов 1 и 5 будут иметь вид, показанный на эпюрах г и д. После прохода этих сигналов через дифференцирующие схемы 2 и 6 (также на базе ОУ) они приобретут вид эпюр е и ж, соответственно. Ограничитель 3 пропускает только положительные импульсы, а ограничитель 7 только отрицательные. Ключевая схема 4 формирует выходной сигнал при одинаковой полярности (положительной) входных сигналов, ей соответствует эпюра 3, а схема 8 формирует аналогичный сигнал при совпадении отрицательных импульсов на ее входах (эпюра и). Сигналы U₄ и U₈ поступают на "минусовый" и "плюсовый" входы реверсивного счетчика 12 (см. фиг. 1), который, во-первых, управляет работой корректора фазы 13 и, во-вторых, (при необходимости) отображает текущее состояние коррекции. При каждом шаге срабатывания реверсивного счетчика его содержимое изменяется в "плюсовую" или "минусовую" сторону в зависимости от того, на каком из его входов приходят запускающие импульсы (U₄ или U₈, фиг. 3).

Корректор фазы может быть выполнен в виде электрически управляемого фазовращателя. При этом величина дискрета перестройки фазовращателя в соответствии с выражением (6, а) выбирается равной Rλ Тогда для рассматриваемой на фиг. 3 ситуации корректирующая добавка к фазе опорного сигнала будет иметь вид, показанный на эпюре К. Сравнивая эпюры a и k, можно оценить точность коppекции. Легко видеть, что она определяется величиной выбранного дискрета, т. е. Rλ Используя выражения (5), (6), (6,а), и предполагая, что L 1 км, λ 0,63 мкм, ∂B/∂T 0,7˙ 10^-7 гр^-1; V 10^-5 гр^-1, n 1,5, находим, что изменение температуры, при котором Δl(T) изменится на 0,63 мкм, составит 9,5 ˙10^-3 гр. При этом ЭД тракта ΔL(T) изменится на 0,046 мм. Для частоты опорного сигнала 7 ГГц ( Λ 4,3 см) такой уход ЭД тракта передачи соответствует менее половины градуса фазы. Поскольку дискрет коррекции в данном случае выбран равным λR, то точность коррекции не хуже 0,5^о фазы, или 0,048 мм.

Была проведена экспериментальная проверка реализуемости предложенного способа. В результате исследований многомодового ABC подтверждено, что температурный коэффициент двулучепреломления в нем имеет порядок 10^-7 град. Это позволяет уверенно регистрировать изменение ЭД километрового тракта передачи опорного сигнала величиной ≈ 0,05 мм (менее 1^о фазы в трехсантиметровом диапазоне). При необходимости точность может быть улучшена на порядок либо за счет уменьшения дискрета измерения интерференционной картинки, либо за счет увеличения исходного двулучепреломления ABC до 10^-3.

Предложенный способ передачи опорного сигнала на разнесенные в пространстве промежуточные пункты и устройство для его осуществления обеспечивают технический эффект, состоящий в увеличении точности фазирования за счет измерения поляризационно-дисперсионной разности ЭД тракта в масштабе длины световой волны и соответствующей коррекции общей ЭД при передаче опорного сигнала в несколько промежуточных пунктов и повышении надежности и помехозащищенности системы фазирования за счет использования закрытых трактов передачи типа анизотропных одномодовых световодов.

Формула изобретения

1. Способ передачи опорного сигнала на разнесенные в пространстве пункты, заключающийся в формировании на центральном пункте опорного сигнала, модуляции им оптической несущей и передаче модулированного сигнала по оптическим линиям к промежуточным пунктам, коррекции изменений ΔL(T) электрических длин этих линий связи, измерении и коррекции величины фазового рассогласования передаваемого опорного сигнала с сигналом, формируемым в соответствующем промежуточном пункте, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности передачи путем повышения точности фазирования колебаний, излучаемых в промежуточных пунктах, в каждом промежуточном пункте формируют опорный сигнал и передают его на той же оптической несущей по оптическим линиям связи в сторону центрального пункта, в центральном пункте измеряют в масштабе длины волны оптической несущей изменения поляризационно-дисперсионной добавки Δl(T) электрических длин оптических линий связи и определяют ΔL(T) по формуле

термические коэффициенты группового показателя преломления n_г и двулучепреломления используемых оптических линий связи соответственно.

2. Устройство для осуществления способа передачи опорного сигнала на разнесенные в пространстве пункты, содержащее центральный пункт, соединенный с промежуточными пунктами оптическими линиями связи, причем центральный пункт содержит опорный генератор, источник несущей частоты и модулятор несущей частоты, а на промежуточном пункте приемник несущей частоты, местный генератор и система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), отличающееся тем, что оптические линии связи выполнены в виде анизотропных волоконных световодов, в каждом промежуточном пункте введены последовательно соединенные источники несущей частоты, четвертьволновая пластина и волоконно-оптический ответвитель, одним концом соединенный с оптической линией связи, а другим концом с входом введенного модулятора, выход которого через последовательно соединенные введенный поляризационный анализатор, приемник несущей частоты, введенный синхронный детектор, систему ФАПЧ и местный генератор соединен с входом модулятора, а также введен генератор тактовой частоты, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора, а на центральном пункте введены последовательно соединенные оптический ответвитель, дополнительный модулятор несущей частоты, поляризационный анализатор и фотоприемник, а также два синхронных детектора, блок идентификации знака сигнала ошибки, реверсивный счетчик, корректор фазы опорного сигнала и генератор тактовой частоты, причем выход фотодетектора соединен с соединенными входами первого и второго синхронных детекторов, выходы которых соединены с входами блока идентификации знака сигнала ошибки, выходы которого соединены с входами реверсивного счетчика, выход которого через корректор фазы опорного сигнала соединен с модулирующим входом модулятора несущей частоты, другой вход которого соединен с выходом источника несущей частоты, а выход модулятора несущей частоты соединен с одним концом оптического ответвителя, другой конец которого соединен с оптической линией связи, выход генератора тактовых частот соединен с входом опорного генератора, с гетеродинными входами дополнительного модулятора несущей частоты и первого синхронного детектора, выход "удвоенной частоты" генератора тактовых частот соединен с гетеродинным входом второго синхронного детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3