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上海交通大学科研团队研制出高精度光纤时间同步系统

时间:2018-09-13发布者:央广网浏览次数:116次

      央广网上海9月12日消息(记者吴善阳 唐奇云)在日常生活中,如果我们和朋友约定的聚会时间具体到了“秒”,那是再精确不过的了。可是在深空探测、射电天文、基础物理测量等前沿科研领域,以及导航定位、通信、电力、金融等关系国计民生的领域中,“秒”的精度还远远不够——我们需要获取更高的时间频率精度,每一次时频精度的提高,都能够使人们在更深的层次上认识物质世界。

      现有的卫星等时间传递的精度受空间信道的影响,难以满足前沿科研、高精度导航定位、5G通信等应用的需求。而光纤时间传递系统利用光纤传输的高稳定、大带宽、低损耗等优势,可有效突破现有技术限制,实现高精度、长距离时间传递。在此背景下,上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室吴龟灵教授团队历经多年潜心研究,采用多项自主核心专利技术,最大限度地利用光网络资源实现了超长距离、分布式、大范围高精度时间传递,即便身处地球任意一个地方,也能达到精准“同步”。该技术将于本月19日开幕的第二十届中国国际工业博览会展出亮相。


上海交通大学科研团队研制出高精度光纤时间同步系统。(央广网发 上海交通大学 供图)

      自主研发光纤时间传递技术使时间精准“同步”时间是七个国际基本物理量之一,是关系国计民生、社会和国家发展的信息基石,对社会的支撑包括:导航定位、通信、电力、金融、智能交通、数字地球、航空航天、前沿科技等等,几乎是全方位。

      基于卫星的双向时间比对是目前性能最高的时间频率传递手段,但它的精度会受到温度、电离层变化等干扰,且价格昂贵、核心技术受国外垄断。为了充分发挥高精度时间频率基准的效用,推动深空探索、大地观测、基本物理常数测定等科学研究,实现高精度导航定位、国家时间频率体系,以及支持新一代通信、电力、金融、智能交通、物联网等,亟需发展高精度的广域时间同步系统。

      光纤时间传递技术利用光纤通道的低损耗、大带宽、高稳定等优点,是目前最高精度的时间传递手段。在光纤网络已覆盖全球的基础上,光纤时间传递在精度、覆盖范围、成本、可靠性、安全性等方面都具有明显的优势,有望成为未来地基时间传递的主要手段之一。美国、欧洲、日本等都高度关注这项技术的发展,投入大量资金开展相关技术和系统设备的研制。

      吴龟灵团队采用“双向时分同纤同波传输”、“低抖动自对准时间编解码”、“单纤双向传输-单向放大”、“单纤双向光电中继与多路下载”等多项自主核心专利技术,在有效抑制后向散射噪声的影响的同时,最大限度保证链路双向传输对称性,无需链路标定;传递精度优于100皮秒(1皮秒等于10000亿分之一秒),距离超过13000公里,处于国际领先水平;系统具备多种组网方式,可根据应用需求灵活组网,可嵌入现有光网络,最大限度利用光网络资源实现超长距离、分布式、大范围高精度时间传递;可用于支撑形成统一标准时的国家/国际时间频率体系、卫星导航、航天等重大基础设施与工程的建设,也可满足通信、电力、金融、分布式雷达、智能交通、物联网等对精准时间同步的需求。

      核心技术国际领先 为关键领域及前沿探索提供重要支撑,据介绍,吴龟灵团队采用国际上首次提出的“双向时分同纤同波时间传递”技术,突破了双向对称性与后向散射噪声之间的相互制约,同时获得高稳定度和高准确度,且无需链路标定,大大降低了系统复杂度和运维成本;同时该团队首个提出与现有光网络兼容的高对称低噪声双向光放大技术,实现多跳超长距离光放大,极大拓展传输距离的同时,可使光纤授时通路嵌入光纤网络,最大限度利用光网络资源;专利的高对称低噪声光电中继与多点接入技术,可实现大范围、分布式、扁平化的光纤时间传递,增加光纤时间传递的可靠性、安全性;采用基于高精度光学相干检测和光电混合检测的零值标定方法,标定精度达皮秒(ps)量级;传递精度优于100皮秒,距离超过13000公里,远超国际上同等精度下的最长光纤时间传输距离。

      研制的光纤时间同步系统拥有完全自主核心知识产权,包括:美国和欧洲授权发明专利各1项,国家授权发明专利11项,申请美国和欧洲专利各1项、PCT专利3项、国家发明专利6项。在国际期刊和时频领域顶级会议上发表论文20多篇。

      该系统的应用还将带来多方面的重大社会效益。在国家时间频率体系、卫星导航等国家重大基础设施中的应用,将为建成高精度、独立自主、安全可靠的国家时间标准及导航定位系统提供关键支撑;通过提供高精度的时间,不仅可大大提升现有科学研究的观察能力,而且还会为开拓新的探测手段和方法提供基础,推动包括引力波探测、相对论验证在内的诸多前沿基础科学研究;通过为5G、物联网等提供低成本的纳秒(ns)级时间同步,为推动5G等相关产业的建设和发展发挥重大作用。

      值得注意的是,除了该时间同步系统之外,本届工博会上海交大共有20项参展项目,实物展示达80%,其中4项获得2017年度国家科技进步二等奖,4项获得上海市奖项,项目涉及智能制造、信息技术、人工智能、新材料、微纳米技术、新能源汽车装备、高端医疗设备、机器人、临床医学、现代农业等多个领域。

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