[發(fā)明專利]一種遠(yuǎn)距離高精度光纖斷點(diǎn)位置檢測方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111162839A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾和平;梁焰;劉志鶴
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)重慶研究院;華東師范大學(xué);上海理工大學(xué)
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079;H04B10/071
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)距離高精度光纖斷點(diǎn)位置檢測方法及系統(tǒng)，屬于光纖通信領(lǐng)域。其將啁啾信號分成兩路相同的信號，一路作用于電光調(diào)制器調(diào)制出射激光，另一路作為參考信號送入混頻器中。由激光器產(chǎn)生激光信號送入電光調(diào)制器調(diào)制成啁啾脈沖信號后通過環(huán)行器進(jìn)入待測光纖。待測光纖中，斷點(diǎn)處菲涅爾反射回來的光信號經(jīng)過環(huán)行器后送入光纖衰減器，單光子探測器檢測到衰減后的菲涅爾反射信號，輸出電信號與參考啁啾信號混頻，除去高頻成份，傅里葉變換可獲得信號的頻率偏移，從而獲得斷點(diǎn)的位置信息。本發(fā)明采用啁啾脈沖調(diào)制結(jié)合光子計(jì)數(shù)，同時(shí)滿足遠(yuǎn)距離和高精度的需求，最終通過檢測斷點(diǎn)菲涅爾反射回來的光信號對遠(yuǎn)距離的光纖斷點(diǎn)進(jìn)行精確的定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，特別是涉及光纖斷點(diǎn)位置的檢測技術(shù)。

背景技術(shù)

光纖通信以光波信號作為信息載體，因其傳輸頻帶寬、抗干擾性高及信號衰減小，遠(yuǎn)優(yōu)于電纜、微波通信，已成為世界通信中的主要傳輸方式。其中，光纖作為光纖通信中的傳輸媒介，面臨著老化、機(jī)械損壞等問題，一旦出現(xiàn)斷點(diǎn)，須立即定位并進(jìn)行修復(fù)，否則會(huì)導(dǎo)致信息丟失，給客戶和運(yùn)營商造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。然而，目前在光纖通信系統(tǒng)中，光纖的長度過長、安裝環(huán)境復(fù)雜，迅速的對光纖斷點(diǎn)精確定位是一個(gè)難題。

通常，采用光時(shí)域反射儀(OTDR)，利用光纖斷點(diǎn)處的菲涅爾反射特性，將脈沖激光入射到光纖內(nèi)，然后在接收端接收背向反射信號，通過比較發(fā)射和接收脈沖光的時(shí)間差得到光纖斷點(diǎn)的位置。該方法，原理通俗裝置簡單，被廣泛的使用，并已經(jīng)開發(fā)出了多款成熟的商售產(chǎn)品，其測量距離大約為幾十公里，且大部分分辨率較低。若要延長測量距離，提高激光能量，采用增大激光脈沖寬度的方案，會(huì)導(dǎo)致分辨率的進(jìn)一步降低。引入更高靈敏度的光接收器，例如單光子探測器，能一定程度上延長測量距離，然而在長距離的測量上對分辨率的改善并不大。光頻域反射儀(OFDR)，主要利用光纖中的瑞利散射，通過測量被調(diào)制的探測光產(chǎn)生的瑞利散射信號的頻率來對散射信號進(jìn)行定位的。相對于OTDR技術(shù)，OFDR具有空間分辨率高、對探測光功率要求低等優(yōu)點(diǎn)。然而，OFDR對光源頻率掃描的線性度有非常高的要求，若光源調(diào)諧存在非線性，會(huì)導(dǎo)致同一位置的散射信號與參考光在不同時(shí)刻產(chǎn)生不同的拍頻，進(jìn)而嚴(yán)重影響OFDR的空間分辨率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對遠(yuǎn)距離光纖斷點(diǎn)難以精確定位、系統(tǒng)復(fù)雜等問題，提出一種遠(yuǎn)距離高精度光纖斷點(diǎn)位置檢測方法及系統(tǒng)。該方法采用啁啾脈沖調(diào)制結(jié)合光子計(jì)數(shù)的技術(shù)手段，可以同時(shí)滿足遠(yuǎn)距離和高精度的需求，最終通過檢測斷點(diǎn)菲涅爾反射回來的光信號對遠(yuǎn)距離的光纖斷點(diǎn)進(jìn)行精確的定位。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種遠(yuǎn)距離高精度光纖斷點(diǎn)位置檢測方法，所述方法包括如下步驟：

(1)將啁啾信號經(jīng)過功分器分成兩路相同的信號，一路作用于電光調(diào)制器調(diào)制出射激光產(chǎn)生啁啾光脈沖信號，另外一路作為本地參考啁啾信號送入混頻器中。

(2)用激光器產(chǎn)生連續(xù)激光信號，送入電光調(diào)制器，通過啁啾信號對其強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制成啁啾脈沖信號后通過環(huán)行器進(jìn)入待測光纖。

(3)將待測光纖中斷點(diǎn)菲涅爾反射回來的光信號經(jīng)過環(huán)行器后送入光纖衰減器；此處的光纖衰減器衰減連續(xù)可調(diào)，主要是為了保障不同距離下單光子探測器的安全使用。

(4)由單光子探測器檢測到衰減后的菲涅爾反射信號，并將輸出電信號與參考啁啾信號混頻，通過低通濾波器除去混頻信號中的高頻成份，通過傅里葉變換獲得信號的頻率偏移，從而獲得斷點(diǎn)的位置信息。

所述激光器為窄線寬激光器，為保障其線寬，出射為連續(xù)光信號，經(jīng)過電光調(diào)制器調(diào)制成啁啾脈沖信號。

所述光纖衰減器，衰減連續(xù)可調(diào)節(jié)，并受單光子探測器的輸出反饋控制。當(dāng)單光子探測器飽和輸出時(shí)，增大衰減系數(shù)；當(dāng)單光子探測器輸出過小或者無輸出，減小衰減系數(shù)。該方案，可以保障單光子探測器適用于不同距離的斷點(diǎn)位置測量。