2023年1月26日，我校微波光子学实验室徐忠扬副教授和潘时龙教授团队在国际知名光学期刊Laser & Photonics Reviews上以“Absolute Time Delay Measurement Over an Existing Radio Over Free-Space Optical Link with Sub-Picosecond Precision”为题发表学术论文。该工作采用一种结构简单，低成本的测量方法，在不改变大气光载射频链路结构的情况下，实现亚皮秒精度的链路绝对延时测量。该方法可用于构建分布式相参射频系统。徐忠扬副教授和孙修远博士为论文共同第一作者，潘时龙教授为论文通讯作者。

 大气光载射频链路绝对延时测量示意图

分布式系统在导航、多基雷达和无线通信系统等中具有重要应用价值。分布式相参系统则可以进一步提升系统能效、探测威力和分辨率等。为构建分布式相参射频系统，必须实现各分布节点间的时间同步和相对定位。自由空间光载射频链路可用于连接分布式射频系统中的各个节点，自由空间光载射频链路的绝对延时测量则是实现相参的必要条件之一。由于存在大量并行链路，分布式相参系统中的绝对延时测量要求：（1）结构简单、低成本，（2）与光载射频链路兼容，（3）在微波毫米波段实现皮秒精度。

现有绝对延时测量方法的测量精度依赖于系统带宽，亚皮秒级精度的绝对延时测量一般需要太赫兹量级带宽。然而，射频接口带宽一般为GHz量级，全光解决方案（如飞秒光频梳等）系统复杂，难以与射频系统兼容。另一方面，自由空间光载射频链路中，大气湍流不仅改变时间延迟，还导致光强度闪烁和大幅功率衰落。由于链路中存在幅相耦合，大气湍流进一步限制了绝对延时测量的精度。

南京航空航天大学微波光子学实验室提出了一种相推测距创新方法，仅需要1 MHz的带宽就可以实现亚皮秒级的测量精度。在此基础上，针对大气光载射频链路，采用卡尔曼滤波有效抑制大气湍流造成的测量误差，在 1 km大气光载射频链路中实现了亚皮秒量级的绝对延时测量，测量结果与结构复杂的光频梳系统一致。该方法可以精确表征大气湍流引起的时间抖动，进行光载射频链路中的绝对延时抖动的高精度补偿，最终实现分布式系统中的时间同步。该工作中，链路的时间抖动标准差为0.28 ps, 阿伦方差为1.9 × 10−19 @ 1000 s, 可以满足微波毫米波信号的同步需求。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202200835