一种基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统技术方案

本实用新型专利技术为一种基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，探测光源的调频探测光信号经下行中继放大器、光纤干涉仪进入下行传输光纤。探测光信号在每个中继段光纤中产生的后向瑞利散射信号在光纤干涉仪与本地光信号相干，产生该中继段海底光缆的扰动监测信号，经此中继段的滤波器和光纤耦合器复用进入上行传输光纤，经上行中继放大器中继传输，回传到解调设备。解调设备根据波长或脉冲前沿时间区分各段的扰动监测信号，并对数据分析解调，预警各段海底光缆的安全状态。本实用新型专利技术基于OFDR技术实现分段检测海底光缆扰动、并将扰动监测光信号直接回传到岸基解调设备，实现了1000km以上的长跨距有电中继海底光缆的扰动监测和定位。

A disturbance monitoring system of submarine optical cable with relay based on shore based detection

【技术实现步骤摘要】
一种基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统
本技术涉及一种分布式光纤传感系统，具体涉及用于长跨距物理安全监测的一种基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统。
技术介绍
海底光缆是铺设在海底的通信传输线缆，是国际互联网和其他水下光网络的重要组成部分。但是海底光缆很容易受损，如地震、船锚及渔网等均有可能破坏海底光缆，甚至还可能有人为破坏。目前有电中继海底光缆的每一段都接有一个中继放大器，以补偿光信号在此段光纤上的传输损耗，将光信号放大至原有功率水平。此类有电中继海底光缆一般采用COTDR(CoherentDetectionOTDR相干检测光时域反射计，OTDROpticalTimeDomainReflectometer，光时域反射仪)实现光纤链路的健康检测，具有检查整个光纤链路上各放大器的信号增益、光缆是否断裂以及对断点定位等功能。但COTDR不能实现类似φ-OTDR的光缆扰动监测功能，也就无法对破坏行为实时预警，无法为制止破坏行为提供技术保障。当前陆地上使用的光缆扰动监测技术，最大仅支持约100km的监测范围，双端检测也仅能达到200km,无法跨过海底光缆的中继放大器，无法满足有电中继海底光缆超长跨距监测范围的要求。光频域反射仪OFDR是1990年代逐步发展起来的一种高分辨率的光纤测量技术，与常用的光时域反射仪OTDR不同的是，OTDR通过发射时域脉冲信号、检测脉冲飞行时间、利用脉冲飞行时间和目标距离成正比的关系进行光纤诊断测量，而OFDR通过发射连续调频激光信号、检测目标反射光与本振光的差拍频率、利用差拍频率和目标距离成正比的关系进行光纤诊断测量。OFDR比OTDR灵敏度高、分辨率高，但OFDR的调频光源技术难度大、成本高，扰动信号的相位解调难度大，因此目前尚未见用于海底光缆扰动监测的报道。目前研发的基于水下采样的有中继海底光缆扰动监测系统，采用OFDR技术，岸基光源发射的探测光信号跨中继下行传输，分段检测海底光缆扰动，每段分别以数字采样回传的方式，实现了1000km以上的长跨距有电中继海底光缆的扰动监测。其中，采用调频连续波技术的水下采样有中继海底光缆扰动监测系统比OTDR延伸技术的下行探测光信号的平均功率大，光信号放大的信噪比更高，更适合跨中继的长距离探测。然而，使用数字采样回传，将不得不在海底中继放大器或水下节点内增加有源模块，降低了海底中继器或水下节点的可靠性。采用连续的调频光源作为下行探测光信号，若以扰动监测的模拟光信号直接回传，存在着各分段扰动监测光信号差拍频谱及光波长重叠、单纤无法进行复用的问题。如果每个中继段的扰动监测光信号独占一根光纤回传，则过度占用海底光缆的光纤资源，海底光缆系统难以支持。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于岸基探测的有电中继海底光缆扰动监测系统，其基于OFDR技术，探测光源输出调频的探测光信号接入下行传输光纤，每个中继段的下行传输光纤在中继放大器之后接有光纤干涉仪，然后经下行传输光纤连接至下一个中继放大器。探测光信号在每个中继段下行传输光纤中产生的后向瑞利散射信号、与光纤干涉仪的本地光信号相干，产生该中继段海底光缆的扰动监测信号，接入此中继段的滤波器，再经此中继段的光纤耦合器进入上行传输光纤的上行中继放大器，最终由上行传输光纤回传到解调设备。解调设备根据波长或脉冲前沿时间区分各段的扰动监测信号，并对数据分析解调，预警各段海底光缆的安全状态。本技术实现分段检测海底光缆扰动、并将扰动监测光信号直接回传到岸基解调设备，实现了1000km以上的长跨距有电中继海底光缆的扰动监测和定位。本技术设计的一种基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，包括探测光源、中继放大器、光纤干涉仪和解调设备，探测光源输出的探测光信号接入海底光缆下行传输光纤，所述下行传输光纤每一段先接一个下行中继放大器，将探测光信号放大至探测光源发射的功率水平，以保证长距离传输；下行中继放大器之后接有光纤干涉仪，然后连接本段下行传输光纤；两个相邻下行中继放大器之间的光纤长度小于或等于100km，称为中继段；本系统的各中继段还包括滤波器和光纤耦合器，探测光源发出的探测光信号进入光纤干涉仪分为两束，一束沿本段下行传输光纤进行下行传输，另一束作为本地光信号；在该中继段下行传输光纤产生的后向瑞利散射信号在光纤干涉仪与本地光信号相干，产生该中继段海底光缆的扰动监测信号，本段光纤干涉仪输出的扰动监测信号接入此中继段的滤波器，滤波器选择的相应波长的扰动监测信号经此中继段的光纤耦合器进入上行传输光纤的上行中继放大器，最终由上行传输光纤回传，经采样设备数字采样后传输到解调设备，采样设备包括光电转换和模数转换模块，将光信号光电转换为电信号，再模数转换为数字信号。解调设备区分各段的扰动监测信号，并对数据分析解调，预警各段海底光缆的安全状态。所述探测光源为多波长窄线宽调频连续波光源，其波长数等于海底光缆中继段的数量n，其光纤内的相干长度大于2倍的海底光缆中继段长；所述各中继段透射不同波长的滤波器种类等于n，按照探测光信号下行传输的顺序安排各中继段滤波器的透射波长，每个中继段的滤波器选择透射一种波长的扰动监测信号，即每个中继段的扰动监测信号都是某种波长的连续光信号，各中继段不同波长的扰动监测信号被各段的光纤耦合器波分复用于同一上行传输光纤。解调设备根据波长分辨不同中继段的扰动监测信号。或者所述探测光源为单波长脉冲调频光源，探测光源的脉冲宽度为1倍的海底光缆中继段的往返延时；脉冲周期大于待监测的有中继海底光缆的全跨距的往返延时；探测光信号在某个中继段的下行传输光纤产生的后向瑞利散射信号与本地光信号相干，探测光信号的脉冲上升沿进入光纤干涉仪，输出扰动监测光信号，当探测光信号的脉冲下降沿进入光纤干涉仪，相当于本地光信号不复存在，因此相干产生的扰动监测信号是与探测光源的探测光信号脉冲宽度相等的脉冲信号，由于脉冲的宽度与海底光缆中继段往返的延时相等，保证了海底光缆中继段最远处的后向瑞利散射信号也能相干接收。且由于光信号在各中继段往返传输长度不同，产生的延时不同，相邻中继段的扰动监测信号脉冲的前沿相差一个脉冲宽度，各中继段的扰动监测信号由各段的光纤耦合器依次合束于同一上行传输光纤，拼接成为一连串的不重叠的脉冲信号，解调设备根据脉冲前沿时间分辨不同中继段的扰动监测信号。因为各个中继段下行传输光纤各点的后向瑞利散射信号的相干外差积分时间与距离干涉仪的长度之间呈反向比例关系，即距离越远，其相干外差积分时间越短，不利于中继段内与光纤干涉仪距离较远的光纤的扰动探测。为此采用波分复用和时分复用结合的方案。所述探测光源为m个波长调频脉冲光源，2≤m＜n，探测光源的脉冲宽度为m倍的海底光缆中继段的往返延时；脉冲周期大于待监测的有中继海底光缆的全长的往返延时；m种滤波器依次循环配置于各中继段，各相邻中继段的滤波器选择透射不同波长的本段扰动监测信号，相同波长的扰动监测信号因所处中继段的位置不同故脉冲时延不同，避免相同波长的监测脉冲信号的相邻扰动在时域叠加。光纤耦合器则将波长不同、时延不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，包括探测光源、下行中继放大器、光纤干涉仪和解调设备，探测光源输出的探测光信号接入海底光缆下行传输光纤，所述下行传输光纤每一段先接一个下行中继放大器，将探测光信号放大，下行中继放大器之后接有光纤干涉仪，然后连接本段下行传输光纤；两个相邻下行中继放大器之间的光纤长度小于或等于100km，称为中继段；其特征在于：/n所述系统的各中继段还包括滤波器和光纤耦合器，探测光信号在某个中继段下行传输光纤产生的后向瑞利散射信号与光纤干涉仪的本地光信号相干，产生该中继段海底光缆的扰动监测信号，本段光纤干涉仪输出的扰动监测信号接入此中继段的滤波器，滤波器选择的相应波长的扰动监测信号经此中继段的光纤耦合器进入上行传输光纤的上行中继放大器，最终由上行传输光纤回传，经采样设备数字采样后传输到解调设备。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，包括探测光源、下行中继放大器、光纤干涉仪和解调设备，探测光源输出的探测光信号接入海底光缆下行传输光纤，所述下行传输光纤每一段先接一个下行中继放大器，将探测光信号放大，下行中继放大器之后接有光纤干涉仪，然后连接本段下行传输光纤；两个相邻下行中继放大器之间的光纤长度小于或等于100km，称为中继段；其特征在于：
所述系统的各中继段还包括滤波器和光纤耦合器，探测光信号在某个中继段下行传输光纤产生的后向瑞利散射信号与光纤干涉仪的本地光信号相干，产生该中继段海底光缆的扰动监测信号，本段光纤干涉仪输出的扰动监测信号接入此中继段的滤波器，滤波器选择的相应波长的扰动监测信号经此中继段的光纤耦合器进入上行传输光纤的上行中继放大器，最终由上行传输光纤回传，经采样设备数字采样后传输到解调设备。


2.根据权利要求1所述的基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：
所述探测光源为多波长窄线宽调频连续波光源，其波长数等于海底光缆中继段的数量n，其光纤内的相干长度大于2倍的海底光缆中继段长；所述各中继段透射不同波长的滤波器种类等于n，各中继段不同波长的扰动监测信号被各段的光纤耦合器波分复用于同一上行传输光纤。


3.根据权利要求1所述的基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：
所述探测光源为单波长脉冲调频光源，探测光源的脉冲宽度为1倍的海底光缆中继段的往返延时；脉冲周期大于待监测的有中继海底光缆的全跨距的往返延时；探测光信号在某个中继段的下行传输光纤产生的后向瑞利散射信号与本地光信号相干，相干产生的扰动监测信号是与探测光源的探测光信号脉冲宽度相等的脉冲信号；相邻中继段的扰动监测信号脉冲的前沿相差一个脉冲宽度，各中继段的扰动监测信号由各段的光纤耦合器依次合束于同一上行传输光纤，拼接成为一连串的不重叠的脉冲信号。


4.根据权利要求1所述的基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：
所述探测光源为m个波长调频脉冲光源，2≤m＜n，探测光源的脉冲宽度为m倍的海底光缆中继段的往返延时；脉冲周期大于待监测的有中继海底光缆的全长的往返延时；m种滤波器依次循环配置于各中继段，光纤耦合器则将时延不同的扰动监测信号合束，复用于同一上行传输光纤。


5.根据权利要求4所述的基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：
所述探测光源的脉冲宽度稍小于中继段往返延时的m倍，脉冲宽度与m倍中继段往返延时的差为20纳秒至1微秒。


6.根据权利要求4所述的基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：
所述m＝2，即所述探测光源为双波长调频脉冲光源，2种滤波器交替配置于各中继段，相邻中继段的滤波器输出波长不同的扰动监测信号，光纤耦合器将2种波长、延时不同的扰动监测信号合束，时分复用于同一上行传输光纤。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于岸基探测的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：
所述光纤干涉仪为包括2×2光纤耦合器和光纤反射镜的迈克尔逊干涉仪；探测光信号接入2×2光纤耦合器的第1端口，分为2束，其中一束由2×2光纤耦合器的第3端口输出，接入下行传输光纤继续下行传输，所产...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳耀笠，赵灏，吴国锋，唐超，李沼云，付益，张昕，童章伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十四研究所，
类型：新型
国别省市：广西;45