一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置，其是采用任意函数发生器驱动的相位调制器和电光调制器对窄线宽激光器输出的连续光进行PSK脉冲编码，PSK脉冲编码信号光在光纤传播产生的背向瑞利散射光作为信号光与本地参考光进行外差相干检测。输出的外差信号经数字信号处理单元解调后，传入计算机进行处理。计算机对得到的PSK脉冲编码探测曲线与未编码的原始探测曲线进行时序对齐后叠加再求平均，对叠加平均后的曲线进行线性拟合以获得光纤的传输衰减和故障定位等的信息。该方法不仅可以有效抑制CRN，减小信号的幅度波动，还可以降低测量误差，提高系统的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置
本专利技术涉及测量
，尤指一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置。
技术介绍
光时域反射(OpticalTimeDomainAnalysis，OTDR)传感技术是光纤通信线路健康状况监测的主要手段之一，其是通过直接探测脉冲信号光产生的背向瑞利散射光的功率和时间进行光纤链路上的衰减、断裂和空间定位，在桥梁、电力线路和光通信线路的故障检测和定位中有重要的作用。OTDR由于采用直接检测的方式其测量范围较小，在长距离通信链路中，通常使用光纤放大器如掺铒光纤放大器(EDFA)来补偿脉冲信号光的传输损耗。然而EDFA对信号光进行功率放大的同时，也会产生强烈的放大自发辐射(ASE)噪声，ASE噪声的积累会使OTDR测量的信噪比急剧恶化，甚至无法进行测量。即使采用光学滤波器对宽带的ASE噪声进行限制，在多个EDFA级联的通信线路中，ASE噪声也会不断聚集而得到加强，从而使OTDR无法覆盖整条通信线路。同时，采用的宽带光源会占据部分通信信道，从而限制通信系统的传输。针对以上OTDR的问题，1982年Healey等提出将外差探测方法用于OTDR系统，通过利用相干探测的方法把探测到的信号光功率集中到某一特定的中频，通过对该中频信号进行电学的窄带带通滤波，滤除绝大部分的宽带ASE噪声从而能有效提高动态范围。而且探测光是由单频窄线宽激光器产生，仅需要占据光通信线路中某一个预留的波分复用通道，从而可避免在线监测时对通信信道的干扰。然而窄线宽光源的高相干性会使散射单元内的散射点互相干涉从而产生相干瑞利噪声(CRN)，进而造成检测到的信号的功率随机波动，降低系统的测量精度和信噪比。并且由于CRN的相位相关特性，因此不能简单地通过信号平均或者加入带通滤波器的方式进行降低。因此目前急需一种能有效抑制COTDR传感系统的CRN，降低测量误差，提高系统信噪比和测量精度的方法和装置。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术主要目的在于，针对现有技术之弊端，提供一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置，以抑制CRN导致的测量信号幅度的起伏，降低其对系统性能的影响，提高测量的准确度和信噪比。为此，专利技术提供了以下技术方案：一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法，该方法采用任意发生器驱动的相位调制器和电光调制器对窄线宽激光器输出的连续光进行PSK脉冲编码，PSK脉冲编码信号光在光纤传播产生的背向瑞利散射光作为信号光与本地参考光进行外差相干检测。输出的外差信号经数字信号处理单元解调后，传入计算机进行处理。进一步的，上述基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法中，所述的PSK脉冲编码，是指对脉冲宽度内的每个bit进行PSK调制，从而使不同bit散射点之间的干涉相位差产生π相移。进一步的，上述基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法中，所述的数字处理单元解调，是指首先对外差信号进行低噪声放大，接着进行窄带带通滤波，最后进行模数转换以获得待测中频信号。进一步的，上述基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法中，所述的计算机处理，是指对得到的PSK脉冲编码探测曲线与未编码的原始探测曲线进行时序对齐后叠加再求平均，对叠加平均后的曲线进行线性拟合以获得光纤的传输衰减和故障定位等的信息。本专利技术还提供了一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量装置，构成中包括窄线宽激光器、第一光耦合器、PSK脉冲编码调制模块(由任意函数发生器、相位调制器、电光调制器构成)、掺铒光纤放大器、可调滤波器、光环形器、传感光纤、声光调制器、扰偏器、第二光耦合器、平衡光电检测器、数字信号处理模块(由低噪声放大器、带通滤波器和模数转换器组成)、计算机。所述窄线宽激光器经第一光耦合器输出两路连续光，上支路连续光依次经任意函数发生器驱动的相位调制器和电光调制器、掺铒光纤放大器、可调滤波器后接光环形器的第一光口，环形器的第二光口接传感光纤，光环行器的第三光口接第二光耦合器的第一光口，下支路依次经声光调制器和扰偏器后接第二光耦合器的第二光口，光耦合器的输出光口经平衡光电检测器、低噪声放大器、带通滤波器和模数转换器后接入计算机。较佳的，上述一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量装置，其中所述的PSK脉冲编码调制模块由任意函数发生器、相位调制器、电光调制器构成，所述任意函数发生器驱动的相位调制器首先对第一光耦合器输出的上支路连续光信号进行PSK编码调制，生成编码长度为mbits、bit持续时间为tb(mtb＝W)的PSK编码调制信号光，接着由任意函数发生器驱动的电光调制器进行脉冲调制，生成脉冲宽度为W的PSK脉冲编码信号光。较佳的，上述一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量装置，其中所述的任意函数发生器由计算机控制同步输出两路驱动信号，一路作为相位调制器的驱动信号用于PSK编码，码型为伪随机码且“0”和“1”的个数相同，编码长度为mbits、bit持续时间为tb(mtb＝W)，周期与脉冲光的周期相等且同步，其高电平“1”为vπ用于产生π相移，低电平“0”为0用于产生0相移；另一路作为电光调制器的驱动信号用于脉冲调制，其高电平为v，低电平为0，脉冲宽度为W，重复周期大于脉冲光在光纤中的往返时间。较佳的，上述一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量装置，其中所述的平衡光电检测器，用于抑制共模噪声。较佳的，上述一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量装置，其中所述的数字信号处理模块，由低噪声放大器、带通滤波器和模数转换器组成，其中低噪声放大器用于对得到的外差信号进行放大，带通滤波器用于滤除宽带噪声筛选出所需中频信号，模数转换器用于对信号进行模数转换和采集。较佳的，上述一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量装置，其中所述的声光调制器，用于对第一耦合器输出的下支路连续光信号进行移频，输出频率为v0-vIF的下移频光用做本地参考光。其中v0为窄线宽激光器的中心频率，vIF为声光移频器的驱动频率。本专利技术有益效果在于，借助上述技术方案，本专利技术将PSK调制技术应用到COTDR系统中，利用通过PSK脉冲编码将不同散射点之间的干涉相位差调制为π相移并与未编码原信号进行叠加平均即可有效减少bit间的相干散射点，进而降低CRN。该方法不仅可以有效抑制CRN，减小信号的幅度波动，还可以降低测量误差，提高系统的信噪比。附图说明图1是本专利技术的测量装置组成示意图；图2是相位调制器的原理结构示意图；图3是任意函数发生器产生的驱动信号示意图；图4是生成的PSK脉冲编码信号光示意图。其中：LD、窄线宽激光器Coupler1、第一光耦合器PM、相位调制器EOM、电光调制器AFG、任意函数发生器EDFA、掺铒光纤放大器TOF、可调光滤波器OC、光环行器FUT、传感光纤AOM、声光调制器PS、扰偏器Coupler2、第二光耦合器BPD、平衡光电检测器DSP、数字信号处理LNA、低噪声放大器B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法，其特征在于，该方法采用任意发生器驱动的相位调制器和电光调制器对窄线宽激光器输出的连续光进行PSK脉冲编码，然后利用PSK脉冲编码信号光在光纤传播产生的背向瑞利散射光作为信号光与本地参考光进行外差相干检测；将输出的外差信号经数字信号处理单元解调后，传入计算机进行处理，以获得光纤的被测信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法，其特征在于，该方法采用任意发生器驱动的相位调制器和电光调制器对窄线宽激光器输出的连续光进行PSK脉冲编码，然后利用PSK脉冲编码信号光在光纤传播产生的背向瑞利散射光作为信号光与本地参考光进行外差相干检测；将输出的外差信号经数字信号处理单元解调后，传入计算机进行处理，以获得光纤的被测信息。


2.根据权利要求1所述的一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法，其特征在于，所述的PSK脉冲编码，是指对脉冲宽度内的每个bit进行PSK调制，从而使不同bit散射点之间的干涉相位差产生π相移。


3.根据权利要求1所述的一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法，其特征在于，所述的数字处理单元解调，是首先对外差信号进行低噪声放大，接着进行窄带带通滤波，最后进行模数转换以获得待测中频信号。


4.根据权利要求1所述的一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法，其特征在于，所述的计算机处理步骤中，是对得到的PSK脉冲编码探测曲线与未编码的原始探测曲线进行时序对齐后叠加再求平均，对叠加平均后的曲线进行线性拟合以获得光纤的传输衰减和故障定位信息。


5.一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量装置，其特征在于，其主要包括：
窄线宽激光器、第一光耦合器、PSK脉冲编码调制模块、掺铒光纤放大器、可调滤波器、光环形器、传感光纤、声光调制器、扰偏器、第二光耦合器、平衡光电检测器、数字信号处理模块及计算机；
所述PSK脉冲编码调制模块主要是由任意函数发生器、相位调制器、电光调制器构成，而所述数字信号处理模块主要是由低噪声放大器、带通滤波器和模数转换器组成；
所述窄线宽激光器经第一光耦合器输出两路连续光，其中，上支路连续光依次经任意函数发生器驱动的相位调制器和电光调制器、掺铒光纤放大器、可调滤波器后接光环形器的第一光口，并经环形器的第二光口接传感光纤，以及光环行器的第三光口接第二光耦合器的第一光口，而下支路则依次经声光调制器和扰偏器后接第二光耦合器的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永倩，王磊，范海军，张立欣，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13