一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统及方法技术方案

一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统，涉及光纤通信领域，包括：激光器、线性调频发射机、环形器和接收机，激光器发出连续光信号；线性调频发射机产生包含线性调频光信号的重复脉冲信号，作为探测光信号；环形器将所述探测光信号输入到被测光纤中，并接收来自被测光纤的背向散射信号；接收机提取所述背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹。本发明专利技术在同样时间的前提下，提高测量的动态范围，提高距离分辨率。

A fiber link detection system and method based on LFM signal

An optical fiber link detection system based on LFM signal involves the field of optical fiber communication, including: laser, LFM transmitter, loop and receiver, laser emits continuous optical signals; LFM transmitter generates repetitive pulse signals including LFM optical signals as detection optical signals; and LFM transmitter generates ring-shaped optical signals. The detector inputs the probe light signal into the fiber under test and receives the backscattering signal from the fiber under test; the receiver extracts the characteristics of the fiber under test carried in the backscattering signal and outputs the trace of the detection signal curve. The invention improves the dynamic range of measurement and improves the range resolution under the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统及方法
本专利技术涉及光纤通信领域，具体来讲涉及一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统及方法。
技术介绍
光时域反射技术是根据光的背向散射与反射原理制作，利用光在光纤中传输时产生的背向散射光来获取衰减信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位，以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。由于光纤材料密度不均匀、掺杂成分不均匀以及光纤本身的缺陷，当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射光就会返回到光时域反射仪(OpticalTimeDomainReflectometer，OTDR)中，返回的有用信息由光时域反射仪的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。通过测量发射信号到返回信号所用的时间，以及确定光在光纤的速度，就可以计算出对应的距离。随着光纤放大器的引入及光纤损耗的降低，光纤传输距离不断增加，探测器探测的信号非常微弱，要求探测器具有更高的灵敏度和更大的动态范围。为了解决探测器信号微弱的问题，传统方法一是重复采样取平均来提高探测灵敏度，二是增加发射信号的能量。重复采样可以提高测量的动态范围，但要耗费更多的时间。由于激光器的功率有限，要提高入射信号的能量，只能增加发射信号的脉宽，但这又会降低距离分辨率。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统及方法，在同样时间的前提下，提高测量的动态范围，提高距离分辨率。为达到以上目的，本专利技术采取一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统，包括：激光器，其用于发出连续光信号；线性调频发射机，其用于产生包含线性调频光信号的重复脉冲信号，作为探测光信号；环形器，其用于将所述探测光信号输入到被测光纤中，并接收来自被测光纤的背向散射信号；接收机，其用于提取所述背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹。在上述技术方案的基础上，所述线性调频发射机包括：电信号发生器，其用于产生线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号，且二者重复周期相同；光调制器，其用于将线性调频电信号调制到所述激光器发出的连续光信号上，生成连续的线性调频光信号；光开关，其用于从连续的线性调频光信号中按照相同周期截取线性调频光信号，作为探测光信号。在上述技术方案的基础上，所述线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号的重复周期T满足：其中c为真空中的光速，L为被测光纤的长度，n为平均折射率。在上述技术方案的基础上，所述接收机包括：反射信号接收单元，其用于接收所述背向散射信号，并转换为数字信号；数字信号处理单元，其用于接收所述数字信号，提取被测光纤特征。在上述技术方案的基础上，所述反射信号接收单元包括：光电探测器，其用于将背向散射信号转换为模拟电信号；放大滤波电路，其用于对模拟电信号进行放大并滤除部分噪声；模拟数字转换器，其用于将模拟电信号转换为数字电信号。在上述技术方案的基础上，所述反射信号接收单元为光电二极管。在上述技术方案的基础上，所述电信号发生器为电波形发生器，所述光调制器为光电强度调制器。在上述技术方案的基础上，所述环形器为C+L波段的光环形器。本专利技术还提供一种基于线性调频信号的光纤链路检测方法，包括步骤：根据线性调频信号调制光源发出连续光信号，形成连续的线性调频光信号，周期性截取所述线性调频光信号，作为探测光信号通过环形器输入被测光纤；通过环形器接收来自被测光纤的背向散射信号；提取所述背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹，作为检测结果。在上述技术方案的基础上，所述线性调频信号通过电信号发生器生成，电信号发生器还生成重复周期相同的时钟同步脉冲信号，根据所述时钟同步脉冲信号截取所述线性调频光信号。本专利技术的有益效果在于：通过周期性截取线性调频光信号作为探测光信号，由于线性调频信号在分数阶傅里叶域具有极好的能量聚集特性，而噪声和非线性调频信号经过分数阶傅里叶变换后不会发生聚集，因此可以在背向散射信号中通过数字信号处理算法将线性调频信号和噪声分开，提取出线性调频信号，更准确的从中提取出携带的被测光纤特征，在从而提高提高探测范围(测量的动态范围)和探测灵敏度(即距离分辨率)，又不会耗费更多时间。附图说明图1为本专利技术实施例基于线性调频信号的光纤链路检测系统的示意图；图2为本专利技术中线性调频电信号的时域示意图；图3为本专利技术实施例反射信号接收单元的示意图；图4为本专利技术实施例基于线性调频信号的光纤链路检测方法流程图；图5为本专利技术中不同信号经过数字信号处理的分布示意图。附图标记：激光器1，线性调频发射机2，电信号发生器21，光调制器22，光开关23，环形器3，接收机4，反射信号接收单元41，光电探测器411，放大滤波电路412，模拟数字转换器413，数字信号处理单元42。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术基于线性调频信号的光纤链路检测系统，包括激光器1、线性调频发射机2、环形器3和接收机4。其中，激光器1用于发出连续的光信号。线性调频发射机2用于产生包含线性调频光信号的重复脉冲信号，作为探测光信号。环形器3用于将探测光信号输入到被测光纤(即传输光纤)中，并接收来自被测光纤的背向散射信号。接收机4用于提取背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹，作为输出的检测结果。优选的，环形器3可以为C+L波段的光环形器，如光迅科技生产的环形器CIR-3-1550-A-025-1-APC。具体的，线性调频发射机2包括电信号发生器21、光调制器22和光开关23。电信号发生器21用于产生线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号，线性调频电信号的周期和时钟同步脉冲信号的重复周期相同，都为周期T，周期T受到被测光纤长度的限制，周期T满足：其中，c为真空中的光速，L为被测光纤的长度，n为平均折射率。同步脉冲为占空比很小的电信号，其脉冲宽度与光时域反射的空间分辨率有关，如果同步脉冲的宽度为Δt，则光时域反射的空间分辨率ΔL为：一个周期的线性调频电信号的数学表达式为：其中，t为时间自变量，A为脉冲幅度，τ线性调频信号的长度，f0为中心频率，μ为调频斜率；如图2所示，为线性调频电信号的时域图。电信号发生器21可以为电波形发生器。光调制器22用于将电信号发生器21产生的线性调频电信号调制到激光器1发出的连续光信号上，生成连续的线性调频光信号。光调制器22可以是光电强度调制器，例如Photline的铌酸锂强度调制器MX-LN-10等。光开关23用于根据同步脉冲信号，将连续的线性调频光信号按照相同周期T，截断成一段一段时间宽度为Δt的线性调频光信号，作为探测光信号送入环形器3中。由于线性调频电信号和同步脉冲信号的周期T相同，因此探测光信号为周期为T的重复脉冲信号，不同周期脉冲中包含的线性调频光信号相同。光开关23可以为声光调制器，如CTI公司的AO3165-1等。接收机4包括反射信号接收单元41和数字信号处理单元42，反射信号接收单元41用于接收来自环形器3的背向散射信号，并转换为数字信号传输给数字信号处理单元42。数字信号处理单元42用于接收反射信号接收单元41转换的数字信号，提取出线性调频信号上携带的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统，其特征在于，包括：激光器，其用于发出连续光信号；线性调频发射机，其用于产生包含线性调频光信号的重复脉冲信号，作为探测光信号；环形器，其用于将所述探测光信号输入到被测光纤中，并接收来自被测光纤的背向散射信号；接收机，其用于提取所述背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统，其特征在于，包括：激光器，其用于发出连续光信号；线性调频发射机，其用于产生包含线性调频光信号的重复脉冲信号，作为探测光信号；环形器，其用于将所述探测光信号输入到被测光纤中，并接收来自被测光纤的背向散射信号；接收机，其用于提取所述背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹。2.如权利要求1所述的基于线性调频信号的光纤链路检测系统，其特征在于，所述线性调频发射机包括：电信号发生器，其用于产生线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号，且二者重复周期相同；光调制器，其用于将线性调频电信号调制到所述激光器发出的连续光信号上，生成连续的线性调频光信号；光开关，其用于从连续的线性调频光信号中按照相同周期截取线性调频光信号，作为探测光信号。3.如权利要求2所述的基于线性调频信号的光纤链路检测系统，其特征在于，所述线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号的重复周期T满足：其中c为真空中的光速，L为被测光纤的长度，n为平均折射率。4.如权利要求2所述的基于线性调频信号的光纤链路检测系统，其特征在于，所述接收机包括：反射信号接收单元，其用于接收所述背向散射信号，并转换为数字信号；数字信号处理单元，其用于接收所述数字信号，提取被测光纤特征。5.如权利要求4所述的基于线性调...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蔚，余少华，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42