盧樟健，蒙艷松，王國永，姚淵博

(中國空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710000)

0 引言

激光通信，衛(wèi)星導(dǎo)航，相對論的測試等精密科學(xué)和工程應(yīng)用都需要長期穩(wěn)定可靠的時間頻率基準(zhǔn)來確保系統(tǒng)各部件的協(xié)調(diào)運(yùn)行?；诠饫w的光學(xué)時頻傳遞技術(shù)可以在遠(yuǎn)距離站點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)飛秒級時間同步[1，2]和10-18量級的頻率傳遞精度[3，4]。但它僅限于在雙向光纖鏈路連接的固定站點(diǎn)之間進(jìn)行時間頻率傳遞，并不能滿足上述需求。自由空間時頻傳遞技術(shù)能夠快速的在站點(diǎn)間建立鏈接，彌補(bǔ)光纖時頻傳遞技術(shù)的缺陷[5-7]。

基于光梳的自由空間雙向時頻傳遞技術(shù)(O-TWTFT)是目前精度最高的自由空間時頻傳遞技術(shù)之一。O-TWTFT目前可以取得亞飛秒級的時間同步精度、10-18量級的頻率傳遞精度[8]，這優(yōu)于目前絕大部分光鐘和振蕩器的穩(wěn)定性。即使鏈路存在頻繁的信號衰落，O-TWTFT也可以長時間保持時間同步[8-12]。O-TWTFT也可以在運(yùn)動的站點(diǎn)間保持飛秒級的時間同步[10]，這一方法理論上適用于衛(wèi)星之間的時鐘對比。光梳可將原子鐘微波頻標(biāo)與光頻標(biāo)準(zhǔn)確的聯(lián)系起來，利用這一特性可以實(shí)現(xiàn)光鐘和微波鐘的遠(yuǎn)程比較。這意味著O-TWTFT未來可以通過衛(wèi)星搭建全球范圍的時鐘比對網(wǎng)絡(luò)。目前，基于衛(wèi)星的微波授時網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)納米級的時間同步精度和10-15量級的頻率傳遞精度。將O-TWTFT應(yīng)用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能大大提高全球授時精度，使秒的重新定義成為可能。

O-TWTFT利用了傳輸鏈路的互易性。鏈路的互易性指的是鏈路對往返信號的影響是相同的。通過數(shù)據(jù)處理能夠抵消公有誤差，實(shí)現(xiàn)較高的時頻傳遞精度。但是在運(yùn)動的站點(diǎn)間傳輸鏈路的互易性遭到破壞。多普勒頻移，飛行時間的非互易性、鏈路難對準(zhǔn)都是運(yùn)動站點(diǎn)O-TWTFT需要解決的核心問題。除此之外，O-TWTFT對環(huán)境溫度，電子噪聲，平臺振動等因素敏感。為了得到更高的傳遞精度，需要對O-TWTFT系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，并進(jìn)一步研究其不穩(wěn)定性的來源。本文首先回顧了O-TWTFT的基本原理，介紹了該技術(shù)不穩(wěn)定性來源、優(yōu)化方法，最后介紹了O-TWTFT在未來科學(xué)研究領(lǐng)域中的一些可能應(yīng)用。

1 O-TWTFT技術(shù)的研究現(xiàn)狀

基于光梳的時頻傳遞技術(shù)有利用光梳脈沖特性的脈沖光時間傳遞技術(shù)、將光梳信號往返傳播以主動補(bǔ)償鏈路噪聲的光梳頻率傳遞技術(shù)和本文介紹的基于光梳的自由空間雙向時頻傳遞技術(shù)。其中O-TWTFT是起步最晚的技術(shù)，它在自由空間上的研究更是剛起步。

1.1 O-TWTFT技術(shù)的發(fā)展

光梳可以作為光學(xué)頻率綜合發(fā)生器，它是迄今為止最有效的進(jìn)行絕對光學(xué)頻率測量的工具，可將原子鐘微波頻標(biāo)與光頻標(biāo)準(zhǔn)確的聯(lián)系起來[13]?；诠馐岬奶匦匝芯咳藛T開發(fā)出了多種O-TWTFT。最開始Ayshah Alatawi和Ravi P.Gollapalli將光梳信號經(jīng)由自由空間直接發(fā)送到接收機(jī)，并沒有對其進(jìn)行補(bǔ)償[14，15]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在10m的自由空間傳遞鏈路上實(shí)現(xiàn)的均方根定時抖動為95 fs，頻率傳遞精度為4×10-13@1s。測量的Allan方差具有τ-1行為，表明了基于光梳的自由空間射頻頻率傳遞在短距離自由空間鏈路上是可行的。2017年，電子科技大學(xué)的侯冬在52米長的自由空間鏈路上實(shí)現(xiàn)了280fs的時間傳遞精度、3×10-13@1s和6×10-17@1000s的頻率傳遞精度[5]。Ayshah Alatawi和侯冬雖然證明了光梳信號在短距離自由空間上是可行的，但并未證明O-TWTFT在強(qiáng)大氣湍流下的時頻傳遞性能。2018年，Sinclair L C團(tuán)隊(duì)研究了O-TWTFT在公里級的自由空間鏈路上的應(yīng)用、大氣湍流對時頻傳遞的影響以及時頻傳遞系統(tǒng)中的噪聲[8，9，13]，在12公里長的低海拔、強(qiáng)湍流水平空氣路徑上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時的飛秒級時鐘同步。雖然Sinclair L C團(tuán)隊(duì)取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是其實(shí)驗(yàn)構(gòu)造過于復(fù)雜，需要三個光學(xué)頻率梳。之后Sinclair L C將光梳鎖相到本地振蕩器，在接收端檢測載波相位，實(shí)現(xiàn)了1.2×10-17@1s的頻率傳遞精度，這是先前O-TWTFT頻率傳遞精度的10～20倍[10]。該方法還縮減了系統(tǒng)所需的光梳數(shù)量。2019年Sinclair L C團(tuán)隊(duì)還證明了O-TWTFT同樣適用于運(yùn)動平臺間的時頻傳遞[11，16]。即使站點(diǎn)之間具有±24 m/s的相對速度，O-TWTFT還是可以實(shí)現(xiàn)飛秒級的時間傳遞精度。通過適當(dāng)處理收發(fā)器校準(zhǔn)和奈奎斯特限制，O-TWTFT就可以應(yīng)用于具有更高相對運(yùn)動速度的站點(diǎn)。這些研究證明了O-TWTFT適用于遠(yuǎn)距離、動態(tài)的站點(diǎn)間的時頻傳遞，這給它將來的應(yīng)用帶來了無限可能。

1.2 O-TWTFT基本原理

O-TWTFT的基本設(shè)置如圖1所示，它是當(dāng)前O-TWTFT技術(shù)的原型，其它O-TWTFT技術(shù)大多都是對其進(jìn)行了算法升級或者調(diào)整了部分結(jié)構(gòu)。它由時頻傳遞部件、通信部件和反饋控制部件構(gòu)成。利用時頻傳遞部件可以測得相對時間偏差，利用通信部件將測量得到相對時間偏差傳遞給另一個站點(diǎn)從而計(jì)算出兩個站點(diǎn)的時間偏差。然后通過反饋控制部件消除站點(diǎn)間的時間偏差。O-TWTFT進(jìn)行時鐘同步需要五個步驟：

圖1 基于光梳的自由空間雙向時頻傳遞系統(tǒng)框圖

(1)生成原子鐘的時間參考。原子鐘本質(zhì)上是一個頻率源。要比較兩個站點(diǎn)間的鐘差，必須要生成時間參考，就如時鐘的“滴答”。目前原子鐘之間的時差是通過時差測量系統(tǒng)直接比對計(jì)算得到的。研究人員常選擇光梳作為遠(yuǎn)距離原子鐘之間進(jìn)行時間比對的載體。光梳還可以將原子鐘微波頻標(biāo)與光學(xué)頻標(biāo)準(zhǔn)確的聯(lián)系起來，為光鐘和微波鐘的時間比對提供載體。為了產(chǎn)生時間參考，需要將本地頻率源的相位鎖定到站點(diǎn)的腔穩(wěn)頻激光器。然后，將光梳輸出的光脈沖作為時鐘的“滴答”。根據(jù)光梳脈沖到達(dá)參考平面的時間來標(biāo)記它們，以此獲得兩個站點(diǎn)之間的鐘差。O-TWTFT的目的是反饋控制遠(yuǎn)程站點(diǎn)的原子鐘，消除兩個站點(diǎn)之間的鐘差。

(2)以飛秒級精度檢測脈沖到達(dá)參考平面的相對時間偏差。O-TWTFT由于兩站信號互發(fā)互收，傳播路徑近似對稱，能夠抵消公有誤差，從而實(shí)現(xiàn)較高的時間比對精度。O-TWTFT目前采用數(shù)字鎖相環(huán)反饋控制站點(diǎn)B的原子鐘，所以在該技術(shù)中脈沖時延檢測精度是限制O-TWTFT傳遞精度的主要因素。光脈沖序列的線性光學(xué)采樣可以實(shí)現(xiàn)飛秒級的時延檢測精度，性能遠(yuǎn)優(yōu)于直接光電檢測方法。但是光梳脈沖重復(fù)時間短，兩個重復(fù)頻率相同的脈沖序列難以產(chǎn)生干涉圖樣。所以在O-TWTFT方案中引入了第三個傳遞梳，它的重復(fù)頻率與時鐘梳重復(fù)頻率fr有一個小的偏移Δfr。Δfr的選取會影響系統(tǒng)的時頻傳遞精度。傳遞梳與時鐘梳通過外差檢測產(chǎn)生干涉圖樣(互相關(guān))。根據(jù)干涉圖樣的峰值位置可以計(jì)算出脈沖序列之間的相對時間偏差。由于傳遞梳的重復(fù)頻率被偏移Δfr，因此干涉圖樣以Δfr的頻率刷新。系統(tǒng)需要在1/Δfr時間內(nèi)完成對相對時間偏差的測量。為了抵消雙向鏈路的公有誤差，需要測量傳遞梳與站點(diǎn)B的時鐘梳在鏈路上的相對時間偏差，以及傳遞梳與站點(diǎn)A的時鐘梳之間的相對時間偏差。具體來說，我們使用線性光學(xué)采樣來獲取三個量：

(a)來自站點(diǎn)B的時鐘梳脈沖與站點(diǎn)A處的傳遞梳脈沖之間的相對時間偏差，ΔτB→X；

(b)來自站點(diǎn)A的傳遞梳脈沖與站點(diǎn)B處的時鐘梳脈沖之間的相對時間偏差，ΔτX→B；

(c)傳遞梳脈沖與站點(diǎn)A處的時鐘梳脈沖之間的相對時間偏差，ΔτX→A(注意，下標(biāo)X表示傳遞梳)。

如參考文獻(xiàn)[9]所述，用于站點(diǎn)A、B之間的時間偏差主同步方程可以表示為：

(1)

其中Tlink是鏈路上的飛行時間，ΔtADC是兩個站點(diǎn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs)之間的時間偏差，Δn是與脈沖標(biāo)記相關(guān)的整數(shù)，τcal是校準(zhǔn)設(shè)置參考平面位置的偏移量。

(3)將主站點(diǎn)A的定時信息發(fā)送到站點(diǎn)B。在O-TWTFT中，使用兩組不同的信號測量相對時間偏差，一組定時信號是光梳脈沖，另一組定時信號是加載偽碼的光學(xué)載波。光梳脈沖的定時信息用于精密定時。加載到光學(xué)載波上的偽碼用于粗略定時，以消除光梳雙向定時存在的時間模糊。利用偽碼還可以測量ΔtADC和Δn。在主站點(diǎn)A處測量的時間偏差信息被加載到光學(xué)載波上并傳遞到站點(diǎn)B。時間偏差主同步方程的解算需要兩個站點(diǎn)的定時信息。這要求兩個站點(diǎn)之間能快速，實(shí)時的通信。然而空間激光通信鏈路常常由于大氣湍流而中斷。但是光梳脈沖與光學(xué)載波通過波分復(fù)用組合在一起，大氣湍流引起的任何丟失都是相關(guān)的。只要恢復(fù)通信就可以快速的重建飛秒級時間同步。干涉圖重復(fù)頻率Δfr的選取需要綜合考慮。較低的更新速率允許增加帶寬、增加信噪比，但是也會降低同步反饋的帶寬。

(4)站點(diǎn)B的處理器實(shí)時計(jì)算兩個時鐘之間的時間偏移ΔTAB。由于時鐘梳與傳遞梳的脈沖重復(fù)頻率相差Δfr，因此光梳脈沖會在探測器上產(chǎn)生頻率為Δfr的干涉圖樣。然后用匹配濾波器方法將檢測到的干涉圖的峰值時間映射到脈沖序列之間的相對時間偏差上。遠(yuǎn)程站點(diǎn)利用主同步方程就可以解算出站點(diǎn)間的時間偏差ΔTAB。因?yàn)棣AB的更新率為Δfr，這對器件響應(yīng)度提出了要求。

(5)對站點(diǎn)B時鐘進(jìn)行反饋控制，以消除站點(diǎn)間的時間偏差。比例積分環(huán)路濾波器根據(jù)ΔTAB反饋調(diào)整站點(diǎn)B時鐘梳與腔體穩(wěn)定激光器之間的射頻偏移。實(shí)際上，該反饋加速或減慢時鐘B以使 為零，從而使時鐘同步。出于對環(huán)路穩(wěn)定性考慮，此反饋的帶寬應(yīng)低于Δfr/4[7]。最終同步性能還與腔穩(wěn)頻激光器的自由運(yùn)行噪聲和ΔTAB的測量噪聲有關(guān)。

1.3 不穩(wěn)定來源與優(yōu)化方法

為了實(shí)現(xiàn)飛秒級時間同步，必須分析O-TWTFT的誤差源。為了較為全面的列舉O-TWTFT系統(tǒng)中的誤差源，本文也介紹了運(yùn)動站點(diǎn)間存在的誤差源。誤差源可能包括：

(1)大氣效應(yīng)：大氣湍流，天氣變化

大氣湍流是影響自由空間時頻傳遞精度的因素之一。湍流引起的閃爍、終端指向丟失，隨機(jī)衰減會導(dǎo)致時間偏差ΔTAB的有效更新率小于干涉圖樣的更新頻率Δfr。這是因?yàn)榇髿馔牧髟诮邮諜C(jī)上引起強(qiáng)度偏差。強(qiáng)度偏差導(dǎo)致自由空間通信鏈路的間歇性信號衰落。在信號衰落的持續(xù)時間內(nèi)鏈路中斷，系統(tǒng)不能根據(jù)雙向定時信息計(jì)算出時間偏差ΔTAB。但是由于信號衰落的持續(xù)時間短，原子鐘頻率穩(wěn)定度高，站點(diǎn)間的時間偏差不會嚴(yán)重惡化。大氣湍流還會在接收器上引起相位偏差。相位偏差會導(dǎo)致到達(dá)角的變化和光學(xué)波前的高階畸變。光學(xué)相位偏差使激光束飛行時間產(chǎn)生波動。但是在長時間尺度上，引起光路長度變化的原因不是大氣湍流造成，而是環(huán)境變化。特別是溫度變化和大氣壓強(qiáng)變化。空氣中的有效路徑長度隨溫度變化為0.75 ppm/℃，隨壓力變化為2.7 ppb/pa[17]。

在靜止站點(diǎn)間，光路長度的變化可以通過雙向比較光梳脈沖之間的相對時間偏差來消除。這種方法依賴于傳輸鏈路的互易性。在運(yùn)動站點(diǎn)間雙向時頻傳遞技術(shù)也能消除部分公有誤差。在參考文獻(xiàn)[9]中Sinclair L C等人證明了這種鏈路的互易性支持亞飛秒級同步。它在存在多次散射的強(qiáng)大氣湍流中也適用。雖然采用自適應(yīng)光學(xué)或傾斜校正技術(shù)可以抑制大氣湍流的影響，但強(qiáng)大氣湍流還是能造成頻繁的鏈路中斷。O-TWTFT系統(tǒng)在鏈路中斷時繼續(xù)采樣，但是這時的數(shù)據(jù)并不能應(yīng)用于主同步方程。值得慶幸的是O-TWTFT系統(tǒng)能快速重建鏈接并進(jìn)行實(shí)時的時鐘調(diào)整[11，16]。極端天氣變化如暴雨、雪天也會中斷鏈路。但是對于天氣變化現(xiàn)在除了增加發(fā)射功率余量外還沒有很好的解決方法。

(2)站點(diǎn)間相對運(yùn)動的影響：多普勒效應(yīng)，非互易性飛行時間

當(dāng)兩個站點(diǎn)間存在相對運(yùn)動時，會在接收機(jī)引入多普勒頻移。多普勒頻移會在主同步方程的解算中引入不可忽略的誤差。首先接收信號的多普勒頻移會與系統(tǒng)色散耦合，使測量的光梳脈沖時間偏差包含與速度相關(guān)的誤差項(xiàng)。τcal也與速度相關(guān)，因?yàn)椴糠制骷臅r延與光信號頻率有關(guān)。站點(diǎn)間的運(yùn)動導(dǎo)致本地光梳脈沖重復(fù)頻率與接收脈沖的重復(fù)頻率之間存在與速度相關(guān)的差值。這就意味著檢測到的干涉圖樣的峰值時間包含著多普勒的影響。

光學(xué)鏈路上的色散會使光梳脈沖展寬，而多普勒頻移會與光梳的差分啁啾耦合產(chǎn)生定時誤差。我們可以在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡之前添加色散補(bǔ)償光纖來減少光學(xué)色散。多普勒頻移還會通過線性光學(xué)采樣映射到射頻信號上，在射頻域中引入定時誤差。這個定時誤差主要來自光電探測器響應(yīng)，電濾波器的RF色散，阻抗不匹配等。對于大的多普勒頻移，這種定時誤差可以達(dá)到納秒級。由于線性光學(xué)采樣使輸入脈沖序列中的任何時間偏移被放大fr/Δfr倍。所以光脈沖到達(dá)時間是將干涉圖到達(dá)時間除以因子fr/Δfr得到的，這極大地抑制了任何誤差。通過將系統(tǒng)校準(zhǔn)期間計(jì)算的補(bǔ)償濾波器應(yīng)用于射頻信號，可以有效地排除該定時偏差。

由于多普勒頻移會在光梳脈沖的干涉圖樣中引入干擾，Sinclair L C等人使用交叉模糊函數(shù)搜索干涉圖和預(yù)期信號的峰值尋找接收脈沖的有效到達(dá)時間。交叉模糊函數(shù)搜索能有效消除系統(tǒng)的殘余色散，這意味著硬件色散補(bǔ)償允許存在誤差。為避免混疊，要求系統(tǒng)多普勒頻移低于干涉圖樣奈奎斯特采樣頻率的一半。原則上，通過利用混疊，系統(tǒng)可以應(yīng)用于存在更高多普勒頻移的場景里，但這在實(shí)踐中是存在難度的。

當(dāng)兩個站點(diǎn)間存在相對運(yùn)動時，即使他們的發(fā)射時間相同，兩者的飛行時間、方向也不相等，即

TA→B-TB→A=LV/c2

(2)

其中V是兩個站點(diǎn)間的相對速度，L是兩個站點(diǎn)發(fā)送信號時的瞬時距離。通過適當(dāng)?shù)乃俣裙烙?jì)，可以準(zhǔn)確地估算出系統(tǒng)的非互易飛行時間。

(3)環(huán)境條件

站點(diǎn)器件的性能會受溫度、濕度、壓力、振動的影響。鏡子、光學(xué)準(zhǔn)直器和望遠(yuǎn)鏡的振動在系統(tǒng)測量的相對時間偏差中引入短期時間波動。雖然基于快速轉(zhuǎn)向鏡(FSM)的光束指向控制系統(tǒng)可以解決光束指向問題，通過監(jiān)視總反射功率連續(xù)調(diào)整光學(xué)器件可以解決功率波動問題。但是殘余的時間波動不能很好的抑制。因?yàn)楸孺溌返耐禃r間更快的定時抖動無法得到補(bǔ)償[2]。溫度、濕度變化緩慢，它們引起的定時抖動和頻率漂移可以通過適當(dāng)?shù)姆答伩刂苼硐?/p>

(4)器件噪聲與系統(tǒng)誤差

探測器噪聲、散粒噪聲、望遠(yuǎn)鏡像差、光梳與公共時鐘的相位抖動和異步采樣都會造成系統(tǒng)時間波動。兩個站點(diǎn)間的相對相位噪聲是造成時鐘偏差的主要原因。這種噪聲是強(qiáng)隨機(jī)游走噪聲。O-TWTFT的目的就是構(gòu)建反饋回路抑制相對相位噪聲與其它環(huán)內(nèi)噪聲。器件缺陷也會引入定時抖動，比如自由空間望遠(yuǎn)鏡的色差會對接收的光梳脈沖進(jìn)行光譜濾波。這種輕微的光譜濾波與光梳脈沖的啁啾相結(jié)合，將導(dǎo)致輕微的時移[7]。站點(diǎn)間的異步采樣也會給系統(tǒng)引入非互易飛行時間。通過將定時信號內(nèi)插到公共測量時間或添加校正因子，可以避免該誤差。而探測器噪聲、散粒噪聲和光梳與公共時鐘的相位抖動等構(gòu)成了系統(tǒng)的底噪。

通過評估所有可能的系統(tǒng)不穩(wěn)定性源，然后減少或消除它們，將進(jìn)一步提高O-TWTFT的精度，減少相關(guān)不確定性。

2 O-TWTFT技術(shù)的發(fā)展方向

O-TWTFT可以提供長期的時延檢測精度、在光鐘和微波鐘之間進(jìn)行精確的時間頻率比對。直接通過光電探測器提取微波信號的傳統(tǒng)方法不能提供飛秒級的穩(wěn)定度。雖然光電探測器在短期(1s)內(nèi)可以保持亞飛秒級的檢測精度，但由于光電探測中的時序漂移，很難在長時間內(nèi)保持這種精度[2]。利用光脈沖序列的線性光學(xué)采樣可以長期保持飛秒級的時延檢測精度，性能遠(yuǎn)優(yōu)于直接光電檢測方法。光梳可以將微波頻標(biāo)與光學(xué)頻標(biāo)準(zhǔn)確的聯(lián)系起來，利用這一特性Jungwon Kim實(shí)現(xiàn)了光鐘和微波鐘的遠(yuǎn)程比較。而O-TWTFT的穩(wěn)定性優(yōu)于目前絕大部分光鐘和振蕩器的穩(wěn)定性。這拓展了光梳時頻傳遞的應(yīng)用場景，也給未來秒的重新定義提供了技術(shù)保障。

2017年Laura C.Sinclair等人改進(jìn)了之前的O-TWTFT方案，證明了載波相位O-TWTFT的可行性。載波相位O-TWTFT在4公里自由空間鏈路上實(shí)現(xiàn)了1.2×10-17@1s的頻率傳遞精度，是先前O-TWTFT的10～20倍。此外，O-TWTFT能夠連續(xù)跟蹤遠(yuǎn)距離光學(xué)振蕩器的相對相位變化，實(shí)現(xiàn)了9mrad(7as)@1s的相位檢測精度。載波相位O-TWTFT已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證明可以在湍流大氣之中建立可用的光學(xué)鏈路。但是目前還沒有建立可用的星間激光時頻傳遞鏈路。發(fā)展高精度的星間時頻傳遞技術(shù)可以提高衛(wèi)星導(dǎo)航精度、為高精度物理實(shí)驗(yàn)提供保障和建立全球范圍的時鐘比對網(wǎng)絡(luò)。目前通過光纖鏈路可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離時鐘的比對。但是如果要進(jìn)行洲際甚至是全球范圍的時鐘比對，搭建光纖網(wǎng)絡(luò)的成本過于高昂。利用衛(wèi)星搭建空間激光鏈路是一個很好的代替方案。O-TWTFT可以將光學(xué)相位的相干性擴(kuò)展到空間網(wǎng)絡(luò)上，以應(yīng)用于遠(yuǎn)距離原子鐘間的時間頻率比對。高精度的星間時頻傳遞技術(shù)的難點(diǎn)就是如何消除衛(wèi)星運(yùn)動引入的多普勒頻移。2018年，Laura C.Sinclair等人研究了平臺運(yùn)動對O-TWTFT精度的影響。相對運(yùn)動會使站點(diǎn)間傳輸鏈路的互易性崩潰。Laura C.Sinclair等人通過計(jì)算外差信號和期望波形之間的交叉模糊度函數(shù)和使用傅立葉變換算法與Nelder-Mead搜索算法消除了站點(diǎn)間相對運(yùn)動導(dǎo)致的定時誤差。該方案可以實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)之間的實(shí)時通信和同步時鐘的實(shí)時調(diào)整。雖然方案比較復(fù)雜，但是它很適合建立空間網(wǎng)絡(luò)。所以O(shè)-TWTFT有望在星載平臺之間搭建自由空間光學(xué)網(wǎng)絡(luò)，建立全球范圍的時鐘比對網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)論

本文簡要回顧了近幾年O-TWTFT的研究成果，介紹了O-TWTFT的基本原理，討論了其不穩(wěn)定性的來源及其優(yōu)化方法。目前O-TWTFT可以在自由空間鏈路上實(shí)現(xiàn)亞飛秒級的時間同步。即使在公里級的大氣湍流信道上，O-TWTFT也可以長時間保持同步。NIST最新研究表明，O-TWTFT可以在運(yùn)動的站點(diǎn)間保持飛秒級的時間同步。通過評估所有可能的時間頻率傳遞的不穩(wěn)定性來源，并減少或消除它們，可以進(jìn)一步提高O-TWTFT的傳遞精度。O-TWTFT未來可能通過衛(wèi)星建立全球范圍的時間比對網(wǎng)絡(luò)。利用O-TWTFT進(jìn)行微波鐘和光鐘、洲際原子鐘、衛(wèi)星原子鐘之間的時間比對。因此O-TWTFT是下一代時頻傳遞技術(shù)中最有前途的方法之一。