[發(fā)明專利]多頻探測光相干光時域反射儀方法和裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210003827.9
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102571200A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋躍江;呂立冬;張旭蘋
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: H04B10/08
• 分類號: H04B10/08
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種用于光通信線路故障定位的相干光時域反射儀，尤其是用于長距離、多中繼放大的海底通信光纜健康監(jiān)測的相干光時域反射儀。

背景技術(shù)：

近年來，隨著全球信息量的增加，海底光纜通信系統(tǒng)已經(jīng)成為越洋通信的最重要方式，承擔(dān)著絕大部分的數(shù)據(jù)量傳輸。由于海纜系統(tǒng)地處深海，易受海底地質(zhì)變化及人為因素的破壞，維護(hù)相當(dāng)費(fèi)時和昂貴，因而必須有一種監(jiān)測手段實(shí)時監(jiān)測海纜的健康狀態(tài)，能識別潛在的或已發(fā)生的事件位置和事件類型，這樣為海纜系統(tǒng)維護(hù)提供準(zhǔn)確的信息。相干光時域反射儀是目前成熟的海纜系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)，它的基本原理是將探測光脈沖發(fā)射到海纜光纖對中的下行光纖，利用光纖對之間的回路，探測脈沖在下行光纖中產(chǎn)生背向瑞利散射信號被部分耦合到上行光纖，并最終傳輸回反射儀的測試輸入端，然后利用相干檢測技術(shù)，測量出背向瑞利散射的功率分布，從而判斷出整條海纜的健康狀況，有效識別出線路放大器的增益，光纖損耗，光反射或光纖斷點(diǎn)等事件大小及位置。

目前，商用的相干光時域反射儀（COTDR）使用單頻窄線寬探測脈沖，相干探測只是產(chǎn)生單個中頻信號，通過檢測該中頻信號的功率變化，可獲得整條光纖線路的健康分布。由于相干探測技術(shù)必須使用窄線寬的光源，容易產(chǎn)生相干瑞利噪聲，該噪聲會引起測試結(jié)果的波動，從而降低事件識別的分辨率。消除相干瑞利噪聲的有效辦法就是進(jìn)行多次獨(dú)立的測試，并對這些測量結(jié)果進(jìn)行平均，這樣就可以降低噪聲大小。另外，由于線路會積累很強(qiáng)大的放大自發(fā)輻射噪聲，測量信噪比很小，所以為了提高測量的動態(tài)范圍，也需要多次平均測試結(jié)果。但是，由于海纜線路很長，例如8000km的線路，單次測量時間就達(dá)80毫秒，測試一般需要2¹⁶平均次數(shù)，那么總測量時間高達(dá)1.5小時甚至更長時間，測量時間很長，實(shí)時性差。尤其在高精度測量時，平均次數(shù)更多，測量時間會更長。?

如何有效提升COTDR的動態(tài)范圍、降低衰落噪聲、提高測量速度都是COTDR研究的重要內(nèi)容。增加入射脈沖的峰值功率可以提升動態(tài)范圍，但是功率大小會受到光纖受激布里淵散射非線性效應(yīng)的限制，同時考慮到線路正常運(yùn)行對脈沖功率的限制，該方法動態(tài)范圍提升有限。通過脈沖編碼的方式，也可以增加測試的動態(tài)范圍，但這會急劇地增加系統(tǒng)信號處理的時間，該方法幾乎不適用于長距離海底光纜監(jiān)測。?

此外，增加測量樣本數(shù)及平均次數(shù)也能有效提升動態(tài)范圍、降低噪聲和提高測量速度。國外已經(jīng)進(jìn)行了利用不同頻率探測光脈沖序列作為探測光脈沖的相干光時域反射儀的研究，他們使用不同大小的注入電流脈沖序列來調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的輸出光頻率，就可以產(chǎn)生不同頻率探測光脈沖序列。這些不同頻率脈沖序列在測試光纖內(nèi)產(chǎn)生的背向瑞利散射信號與單一頻率本振相干后，會產(chǎn)生多個中頻信號，但是中頻信號之間會有與脈沖序列相對應(yīng)的時延，時間上并不同步。隨后對每個中頻進(jìn)行處理，最終合成測量結(jié)果。相對傳統(tǒng)的單頻COTDR，這里的每一個中頻信號就對應(yīng)一個單頻COTDR，多路中頻信號對應(yīng)多個單頻COTDR，所以多頻脈沖序列COTDR能有效提升測量的動態(tài)范圍，降低衰落噪聲，并提高測量速度。但是，由于不同的中頻信號會出現(xiàn)時延，所以該方案會帶來額外盲區(qū)這個缺點(diǎn)。而且，由于必須在超長的測量時間內(nèi)保持探測光頻率的穩(wěn)定性，利用注入電流精確控制光源頻率也是非常困難的，需要對激光器及其控制電路進(jìn)行精密的設(shè)計(jì)。?

發(fā)明內(nèi)容：???????

本發(fā)明目的是，為了提升相干光時域反射儀的性能和測量效率，本發(fā)明提出多頻探測光相干光時域反射儀方法和裝置。

發(fā)明的技術(shù)方案如下：?

多頻探測光相干光時域反射儀的方法，所述方法包括：

將連續(xù)形式的多頻光調(diào)制成同步的多頻探測光脈沖，并注入到被測光纖；

將所述的同步多頻探測光脈沖在被測光纖中產(chǎn)生的多頻背向散射信號與本振光進(jìn)行相干，產(chǎn)生多個中頻信號；

對所述的多個中頻信號進(jìn)行處理，得到測試結(jié)果。

所述的方法還包括：同時輸入與多頻探測光脈沖互補(bǔ)的互補(bǔ)光脈沖，以消除光路放大器的浪涌。?

所述的連續(xù)形式多頻光是單頻激光經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生的多頻光、多波長激光輸出的多頻光或多個獨(dú)立的激光組合而成的多頻光。?

對所述的多個中頻信號進(jìn)行處理，得到測試結(jié)果，具體包括：?

對多個中頻信號進(jìn)行放大，然后對多個中頻信號進(jìn)行采樣，通過數(shù)字信號處理獲得每個中頻信號，最后合成所有的中頻信號，得到測試光路的損耗分布；