虚拟仿真实验

 

项目依托单位:

南开大学电子信息与光学工程学院,电子信息实验中心与现代光学研究所


支撑课程:

本实验主要面向电子信息及光电信息类专业高年级的本科生开设,服务于《现代信息技术实验》以及《光电子激光实验》、《光通信实验》专业实验课程,同时纳入南开大学本科生创新性开放实验体系,深度开放共享。

实验基本介绍:

南开大学电光学院《现代信息技术实验》面向电子信息和光电信息专业学生开设,教学目的是为了让学生了解、掌握最新最活跃的信息领域前沿技术,开阔学生的科研视野,提高学生的系统综合设计能力和创新实践能力。本实验是实验课程《现代信息技术实验》的核心实验项目之一,将前沿的科研成果转化为实验教学项目,有助于学生掌握最新的光电领域的科研成果,提高学生的科研素养和科研实验能力。

实验模块简介:

本实验在北斗系统科研成果的基础上,提炼和设计了跨域激光授时虚拟仿真实验项目的实验系统框架,其实验原理如图1所示,共四个单元共包括14个实验步骤如2所示,包括了超快激光发射3(a)所示高功率激光放大3(b)所示长距离光纤链路仿真3(c)所示高精度相位补偿3(d)所示其中超快激光发射单元采用了虚拟现实技术,其余三个单元采用计算机辅助仿真技术。

 1.激光授时技术原理 

 

 2.跨域激光授时虚拟仿真实验项目系统整体原理框架

  3.跨域激光授时虚拟仿真实验项目实验模块  

卫星导航系统是重要的空间信息基础设施,我国一直高度重视卫星导航系统的建设,努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。“北斗”卫星导航系统(下简称北斗系统)是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后世界上第三个成熟的卫星导航系统,能够为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。目前在我国,随着北斗系统建设和服务能力的发展,北斗系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域,逐步渗透到社会生产和人们生活的方方面面,为经济和社会发展注入新的活力。北斗系统导航定位原理示意图如图4所示。  

 

 4  北斗系统导航定位原理示意图


高精度授时技术是北斗系统的核心技术。授时技术是指采用微波或激光的方法,将本地时间频率基准信号(通常为原子钟)传递至远端并恢复时频信号,保持两地信号时间和频率的高度一致。授时精度越高,导航定位精度也越高。假如定位误差要小于1米,则要求时间传递精度至少要达到10-9量级。高精度时间频率系统是各国的战略资源,授时服务系统已成为最重要的国家基础设施之一。为克服北斗系统导航定位存在的受地形地物影响、易受电子干扰或破坏、出现故障维护困难等问题,实现把天空GPS搬到地面做到天地互补,美、日、俄等国多年前就开始了地基授时技术研发。

我国在这一技术上的研发虽然起步较晚,但后来者居上,目前已攻克远距离异地再生UTC原子时技术、光纤时延在线监测和光纤时延伺服锁定及精确控制等关键技术,研制出的地基高精度光纤授时系统,解决了基于光纤网络超长距离传输高精度时间频率信号的难题,为实现地基有线授时系统奠定了技术基础。

将原子种信号调制于超快激光光频梳信号中,经长距离光纤通信链路传输至远端后恢复时频信号。实时测量光通信链路于温度振动等引入的相位抖动,并在近端和远端进行相位补偿,从而获得高精度的时频同步(授时)。

实验背景相关文献下载

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