随着信息社会的发展,高精度时间频率同步系统在生产、生活及科研领域起着越来越重要的角色,如电网控制、5G通信、全球定位导航、平方公里阵列及深空探测等。早期时频同步系统采用卫星链路进行传输,但是卫星链路中电离层和对流层对信号影响大,且近地传输的多径效应等都会使同步系统性能降低。相比于卫星链路,光纤所具有的衰减小、抗干扰性能好等优点使其成为时频同步系统的又一重要传输方式。光纤时频传输中,调制器作为发送端核心器件之一,对同步系统的性能有着重要影响。在时间同步系统中,秒脉冲信号的上升沿是保证其精度的重要指标之一,为了获得高消光比,调制器的工作点应稳定在最小传输点。在频率同步系统中,射频信号的信噪比及其二次谐波抑制比是影响其传输性能的重要指标,因此将其工作点精确且稳定地控制在正交传输点是系统的迫切需求。另外,在进行长距离外场传输时,考虑到体积、重量、人力等因素,对频率同步系统的核心模块锁相环进行远程控制与远程监测等功能优化就显得尤为重要。本文主要研究的是光纤时频传输中调制器的工作点的控制及锁相环的功能优化,其中的控制算法为PID自动控制算法。主要研究工作包括:1.分析调制器对光纤时频传输系统性能的影响,得出需要对调制器工作点进行精确而稳定地控制的结论。接下来对现有控制方案进行调研并得出如下结论:控制方案主要包括导频法和无导频法,导频法引入的导频信号会对同步性能产生影响;为了避免导频信号对高精度时频同步传输系统的额外干扰,系统中的偏置控制方法需采用无导频控制法。2.调制器偏置控制方案的设计及实验。在时间传输中,利用基于PID自动控制算法的光功率检测法对其进行最小传输点控制,并在时间传递背靠背系统上进行测试,测试结果为:峰峰值106 ps,均方根值 13.2 ps,系统稳定性为 1.23×10-11/s 和 9.9×10-13/10000s。在频率传输中,运用基于PID自动控制算法的谐波检测方法对正交传输点进行控制,该方法虽然不含导频信号,在控制效果上却能达到导频法的控制效果,优于光功率控制法。并在频率传递背靠背系统上进行测试,测试结果为:3.0×10-15/s以及6.95×10-18/10000s。两个控制程序的控制算法均为优化后的PID算法,即双向PID算法。该算法与传统PID控制算法的区别在于其由两个精确而不稳定的PID算法组成,从而使整个控制效果稳定而精确。3.锁相环功能的改进及实验。对频率同步系统中常用的锁相环进行了功能分析,之后提出了自己的优化方案,利用软件锁相环实现远程监控的功能,其中核心算法为PID算法。最后通过实验比较二者的性能,并对结果进行深入分析与讨论。