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申请/专利权人：电子科技大学

摘要：本发明公开了一种基于高功率脉冲激光的地月时间同步系统，使用高功率脉冲激光器产生亚纳秒量级激光脉冲用于串行时码数据的调制，这样可以实现长距离的通信传输，鉴于地月深空甚长距离下光传输信号的功率将低于nW，甚至是亚单光子量级，本发明构建了单光子探测与时差测量单元，用于高精度时间间隔测量方法，实现极弱光信号条件下纳秒级分辨率的时间间隔测量。结合双向间比对技术，本发明可以用于在38万千米级地月距离上实现深空时间同步链路，实现同步精度在纳秒量级的高精度时间同步。目前尚未出现可达到该距离和精度的深空时间同步技术，本发明可为未来地月深空甚长距离时间同步提供重要支撑。

主权项：1.一种本发明基于高功率脉冲激光的地月时间同步系统，其特征在于，包括两台时间同步装置，分别位于地球站点A和月球站点B；所述时间同步装置包括时钟源、时码调制器、高功率脉冲激光器、偏振分光镜、扩束镜、单光子探测与时差测量单元、编码单元、时码解调器、解码单元、时延计算与修正单元以及时延调整器；对于地球站点A，在时间同步装置中，时码调制器在时钟源产生的时钟信号控制下，整合编码单元输出的时间间隔数据为一个串行数据并加上同步包头生成串行时码数据去调制高功率脉冲激光器，使其输出时码调制激光脉冲信号，其中的激光脉冲的脉宽为亚纳秒量级，时码调制器在输出串行时码数据的同时，输出一时间脉冲给时延调整器以及单光子探测与时差测量单元；时码调制激光脉冲信号通过偏振分光镜送入扩束镜进行自由空间传递到月球站点B；与此同时，来自月球站点B的时码调制激光脉冲信号通过扩束镜与偏振分光镜后，送入单光子探测与时差测量单元，单光子探测与时差测量单元将时码调制激光脉冲信号的激光脉冲转换为电压脉冲，得到时码调制脉冲信号，并在时间脉冲的控制下，将其中的同步包头脉冲与串行数据脉冲分离，根据同步包头脉冲恢复出同步包头，并计算出其与时间脉冲之间的时间间隔，即地球站点A发送信号时刻到接收到月球站点B信号的时间间隔TAB，同时，串行数据脉冲输出到时码解调器，得到月球站点B发送信号时刻到接收到地球站点A信号时间间隔TBA的串行数据，该串行数据送到解码单元，获得时间间隔TBA，时间间隔TAB以及时间间隔TBA送入时延计算与修正单元进行双向时差计算，得到获得地球站点A与月球站点B之间的绝对时延差Δt，并送入时延调整器；同时，编码单元对时间间隔TAB进行编码，得到时间间隔数据送入时码调制器；同样，对于月球站点B，在时间同步装置中，时码调制器在时钟源产生的时钟信号控制下，整合编码单元输出的时间间隔数据为一个串行数据并加上同步包头生成串行时码数据去调制高功率脉冲激光器，使其输出时码调制激光脉冲信号，其中的激光脉冲的脉宽为亚纳秒量级，时码调制器在输出串行时码数据的同时，输出一时间脉冲给时延调整器以及单光子探测与时差测量单元；时码调制激光脉冲信号通过偏振分光镜送入扩束镜进行自由空间传递到地球站点A；与此同时，来自地球站点A的时码调制激光脉冲信号通过扩束镜与偏振分光镜后，送入单光子探测与时差测量单元，单光子探测与时差测量单元将时码调制激光脉冲信号的激光脉冲转换为电压脉冲，得到时码调制脉冲信号，并在时间脉冲的控制下，将其中的同步包头脉冲与串行数据脉冲分离，根据同步包头脉冲恢复出同步包头，并计算出其与时间脉冲之间的时间间隔，即月球站点B发送信号时刻到接收到地球站点A信号的时间间隔TBA，同时，串行数据脉冲输出到时码解调器，得到地球站点A发送信号时刻到接收到月球站点B信号时间间隔TAB的串行数据，该串行数据送到解码单元，获得时间间隔TAB，时间间隔TBA以及时间间隔TAB送入时延计算与修正单元进行双向时差计算，得到获得月球站点B与地球站点A之间的绝对时延差Δt，并送入时延调整器；同时，编码单元对时间间隔TBA进行编码，得到时间间隔数据送入时码调制器；地球站点A或月球站点B的时延调整器，根据绝对时延差Δt对时间脉冲进行延时调整，完成地球站点A与月球站点B深空间的高精度时间同步；其中，单光子探测与时差测量单元包括超导纳米线单光子探测器和时间相关单光子计数器两个部分，其中：超导纳米线单光子探测器包括超导纳米线单光子管、门控模块以及触发输出模块，超导纳米线单光子管将时码调制激光脉冲信号的激光脉冲转换为电压脉冲，得到时码调制脉冲信号，然后送到触发输出模块，门控模块对时间脉冲进行延时，使得其在时码调制激光脉冲信号到来前将触发输出模块打开，触发输出模块打开后，根据时序关系，将时码调制脉冲信号分离为同步包头脉冲与串行数据脉冲两个部分，同步包头脉冲输入到时间相关单光子计数器，串行数据脉冲送入到时码解调器；时间相关单光子计数器包括：整形器、鉴别器、时间计数器、多周期分析单元以及时间间隔测量单元，首先，同步包头脉冲经过整形器整形，鉴别器边沿处理成为规整的逻辑电平信号，送入到时间计数器中，时间脉冲作为触发信号延时开启时间计数器，使同步包头脉冲能被时间计数器完整计数，时间计数器将其记录时间段分为多个区间，当其开启时，记录下每个区间收到的同步包头脉冲个数并进行累加，当时间计数器开启时间超过记录时间段时关闭时间计数器，经过多个周期即多次开启并记录后，时间计数器将各个区间累加得到的同步包头脉冲个数送入到多周期分析单元，恢复出真实的同步包头。

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百度查询： 电子科技大学 一种基于高功率脉冲激光的地月时间同步系统