[發明專利]基于光矢量分析的光時延測量方法及裝置

在審

• 申請號: 202110596035.6
• 申請日: 2021-05-29
• 公開（公告）號: CN113340571A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 李樹鵬;潘時龍;陳旭峰;王祥傳;湯曉虎;王立晗;劉熙;李平
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;蘇州六幺四信息科技有限責任公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種基于光矢量分析的光時延測量方法，用微波掃頻信號對頻率隨時間周期性變化的單頻光載波進行強度調制；然后將所生成的調制光信號輸入待測光鏈路并將反射回來的調制光信號轉換為電信號；提取所述電信號的幅相信息并對其進行逆傅里葉變換，得到待測光鏈路的時域脈沖響應，并根據其中所包含的各反射點的時域脈沖響應計算出各反射點的光時延。本發明還公開一種基于光矢量分析的光時延測量裝置。相比現有技術，本發明同時具有超遠的測量距離及較高的時域分辨力和時延測量精度。

技術領域

本發明涉及光測量技術領域，尤其涉及一種光時延測量方法。

背景技術

隨著光學類信息系統的快速發展，高精度的光時延測量和控制成為5G無線通信網絡、光控相控陣和分布式雷達網絡等高性能信息系統研發和應用的關鍵。光器件在研制和生產過程中，需要單端檢測以提高生產效率。然而對于光鏈路而言，其一般由多種器件組成，涉及到光纖與其它材料的耦合，會產生多個反射點，各反射點的反射光互相干涉，對光鏈路的時延測量造成影響。這一類問題本質上都是因為探測光存在多條傳輸路徑，而現有的測量技術不具備時域分辨的能力。

目前光時延測量方法主要有脈沖法、頻率掃描干涉法、相推法三種。脈沖法測量精度受限于脈沖寬度，一般在納秒量級，無法滿足高精度的時延測量需求，而且其測量精度和測量距離是一對矛盾量；頻率掃描干涉法能夠達到較高的測量精度，但是其本質是通過大頻域帶寬換取高測量精度，無法測量窄帶光器件和長光纖鏈路，在很多場景下應用受限；相推法利用傳輸時相位變化解算光纖時延，可以在數GHz的窄帶測量范圍內實現十飛秒量級的測量精度(S.P.Li,T.Qing,J.B.Fu,X.C.Wang,S.L.Pan,“High-Accuracy and FastMeasurement of Optical Transfer Delay,”IEEE Transactions on Instrumentationand Measurement,vol.70,8000204,2021.)，但是其無法測量多路徑傳輸時延，不能在保證測量距離、測量精度的同時擁有時域分辨能力，因而無法應用于光纖鏈路的診斷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種基于光矢量分析的光時延測量方法，同時具有超遠的測量距離及較高的時域分辨力和時延測量精度。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于光矢量分析的光時延測量方法，用微波掃頻信號對頻率隨時間周期性變化的單頻光載波進行強度調制；然后將所生成的調制光信號輸入待測光鏈路并將反射回來的調制光信號轉換為電信號；提取所述電信號的幅相信息并對其進行逆傅里葉變換，得到待測光鏈路的時域脈沖響應，并根據其中所包含的各反射點的時域脈沖響應計算出各反射點的光時延。

優選地，所述根據待測光鏈路的時域脈沖響應中所包含的各反射點的時域脈沖響應計算出各反射點的光時延，具體按照以下公式：

其中，h(t)為待測光鏈路的時域脈沖響應，η是將反射回來的調制光信號轉換為電信號所使用光電探測器的響應度，G是反射光得到的光放大增益，M是所述強度調制的調制指數，N是反射點的數量，A_n、τ_n分別為第n個反射點的反射光幅度和光時延，t為時間，δ(t-τ_n)表示第n個反射點的時域脈沖響應。

進一步地，該方法還包括：通過將各反射點的時域脈沖響應分別變換至頻域，得到各反射點反射光的幅度和相位；利用各反射點反射光的相位，通過相推法計算出各反射點反射光的群時延，并以所計算出的群時延作為相應反射點反射光的準確光時延。

優選地，通過對分布式反饋激光器輸入幅度呈周期性變化的驅動信號來生成所述光載波。

優選地，先對反射回來的調制光信號進行放大和濾波處理之后，再將其轉換為電信號。

基于同一發明構思還可以得到以下技術方案：