用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法及系统，涉及光纤传感技术领域，本发明专利技术能够实现损耗与扰动事件的同步监测；通过对多频信号的探测与同步接收，能够提升COTDR系统的测量速度，同时通过选取间隔一段时间的多频探测曲线进行累加平均，能够抑制光纤链路损耗曲线的相干衰落噪声，避免了待测光纤中的衰减、连接处反射等事件被相干衰落噪声淹没，提升了监测事件识别率以及COTDR曲线的探测动态范围，增加了可监测距离；同时，本发明专利技术通过发射N个频率的探测光脉冲以及对获得的多个频率的中频信号进行独立测量，将扰动事件的探测频率范围能够提升N倍。

【技术实现步骤摘要】
用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法及系统
本专利技术涉及光纤传感
，具体涉及一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法及系统。
技术介绍
光纤因为其传输带宽大、衰减小、抗干扰能力强等优点，在通信领域得到了广泛的应用，光纤通信技术也因此成为现代通信的主要方式之一。全球光纤铺设里程已达数十亿公里。但由于人为因素、使用环境、光器件性能的衰变以及光缆的自然老化等原因，光纤传输系统出现故障并导致通信中断的现象频发，且故障次数随时间的推移不断增加，使得光缆线路故障率要远远大于设备故障率。因此，对光纤线路进行在线监测，及时发现和修复故障对降低损失、提高通信的可靠性具有非常重大的意义。在光纤通信线路监测方面，目前普遍使用的是在线光功率监测和基于OTDR(光时域反射)技术的检测方案。在线光功率监测直接从光纤通信线路中分出部分光，通过监测信号光功率的变化判断通信线路的状况。该方案虽然简单实用，但它只能感知和反馈线路的运行状况，而不能精确报告线路中的微小故障事件及其对应的位置。OTDR不仅能及时反映通信线路中的多种事件，而且还能准确判断事件的类型及事件点的位置。因此，OTDR对光纤通信线路健康监测具有重要的作用，能在一定程度上对通信线路进行实时在线监测。但是通信线路中通常使用光放大器如EDFA(掺铒光纤放大器)来补偿信号光的传输损耗，从而使通信线路延伸至数千甚至上万公里。由于OTDR采用的是直接功率探测方式，通信线路中EDFA产生的ASE噪声功率与背向瑞利散射信号功率将无法得到区分，因而系统测量的信噪比会大大降低。并且，在多个EDFA级联的通信线路中，ASE噪声会不断聚集而得到加强从而使OTDR无法准确探测到瑞利散射信号，不能对整条通信线路进行测量。在这种情况下，COTDR(相干光时域反射技术)凸显出其巨大的优势。COTDR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带通滤波就可以滤除绝大部分的噪声，从而使其能监测多中继超长距离光纤通信线路。但是，COTDR和OTDR系统一样，在光纤通信网络监测方面均存在一个缺陷：当外部扰动事件对光纤造成损害之后，才能够通过OTDR和COTDR观察到光纤损耗的变化，无法实现对损害事件进行预警，甚至可能造成巨大的经济损失。
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用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法及系统，实现光纤链路损耗监测的同时，实现扰动事件的预警。为达到以上目的，本专利技术采取一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法，包括以下步骤：通过时分复用结合频分复用，使激光器在一个周期内产生N个频率的探测光脉冲；对N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号；采集N个频率的两个偏振态中频信号，进行数据处理，分别获得用于损耗监测的COTDR曲线，以及用于振动信号监测的OTDR曲线。优选的，对N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号，具体包括以下步骤：通过耦合器接收激光器发出的N个频率连续光并分成两路，一路作为探测光，另一路作为本振光；通过可调移频器将N个频率的探测光再次在一个周期内产生等间隔频移；通过声光调制器将频移后的连续光调制成光脉冲序列，对产生的光脉冲信号附加固定的频移量，通过光放大器进行光脉冲信号放大后，通过环形器输出至待测光纤，接收返回的背向散射信号，将信号放大后的背向散射信号输出至偏振分集相干平衡探测器；通过偏振分集相干平衡探测器将经过小信号放大器放大后的背向散射光信号与本振光的两个偏振态分别进行相干，采用两路高速低噪声平衡探测器分别接收并转化为电信号，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号。另一方面，还提供一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法，包括以下步骤：通过时分复用结合频分复用，使激光器在一个周期内产生N个频率的探测光脉冲；向光纤注入与探测光脉冲在时域和功率上互补的填充光脉冲，将探测光脉冲与填充光脉冲进行合波处理；对合波处理后的N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号；采集N个频率的两个偏振态中频信号，进行数据处理，分别获得用于损耗监测的COTDR曲线，以及用于振动信号监测的OTDR曲线。优选的，向光纤注入与探测光脉冲在时域和功率上互补的填充光脉冲，将探测光脉冲与填充光脉冲进行合波处理，对合波处理后的N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号，具体包括以下步骤：通过耦合器接收激光器发出的N个频率连续光并分成两路，一路作为探测光，另一路作为本振光；通过可调移频器将N个频率的探测光再次在一个周期内产生等间隔频移；通过第一声光调制器将频移后的N个频率的连续光调制成光脉冲序列，对产生的光脉冲信号附加固定的频移量；通过第二声光调制器将填充光源发出的光调制为与探测光在时序上互补的单频填充光脉冲；通过合波模块将第一声光调制器发出的多频探测光脉冲与第二声光调制器发出的单频填充光脉冲进行合波处理；通过光放大器进行光脉冲信号放大后，通过环形器输出至待测光纤，接收返回的背向散射信号，将信号放大后的背向散射信号输出至偏振分集相干平衡探测器；通过偏振分集相干平衡探测器将经过小信号放大器放大后的背向散射光信号与本振光的两个偏振态分别进行相干，采用两路高速低噪声平衡探测器分别接收并转化为电信号，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号。另一方面，还提供一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR系统，包括：光脉冲发射模块，其用于：通过时分复用结合频分复用，使激光器在一个周期内产生N个频率的探测光脉冲；光脉冲接收模块，其用于：对N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号；数据采集处理模块，其用于：采集N个频率的两个偏振态中频信号，进行数据处理，分别获得用于损耗监测的COTDR曲线，以及用于振动信号监测的OTDR曲线。优选的，所述光脉冲发射模块包括扫频单元和激光器；所述扫频单元用于：切换激光器的输出光频率，使激光器的频率在一个周期内产生等间隔频移；所述激光器用于：在扫频单元控制下，发出N个频率的连续光。优选的，所述光脉冲接收模块包括：耦合器，其用于：接收激光器发出的N个频率连续光并分成两路，一路作为探测光传输至可调移频器，另一路作为本振光传输至偏振分集相干平衡探测器；可调移频器，其用于：将收到的N个频率的连续光在一个周期内产生等间隔频移，将频移后的连续光输出给声光调制器；声光调制器，其用于：将接收的N个频率的连续光调制成光脉冲序列，对产生的光脉冲信号附加固定的频移量，传输至光放大器；光放大器，其用于：将声光调制器输出的光脉冲信号放大，并将放大后的光脉冲信号传输至环形器；环形器，其用于：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法，其特征在于，包括以下步骤：/n通过时分复用结合频分复用，使激光器在一个周期内产生N个频率的探测光脉冲；/n对N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号；/n采集N个频率的两个偏振态中频信号，进行数据处理，分别获得用于损耗监测的COTDR曲线，以及用于振动信号监测的OTDR曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过时分复用结合频分复用，使激光器在一个周期内产生N个频率的探测光脉冲；
对N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号；
采集N个频率的两个偏振态中频信号，进行数据处理，分别获得用于损耗监测的COTDR曲线，以及用于振动信号监测的OTDR曲线。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号，具体包括以下步骤：
通过耦合器接收激光器发出的N个频率连续光并分成两路，一路作为探测光，另一路作为本振光；
通过可调移频器将N个频率的探测光再次在一个周期内产生等间隔频移；
通过声光调制器将频移后的连续光调制成光脉冲序列，对产生的光脉冲信号附加固定的频移量，通过光放大器进行光脉冲信号放大后，通过环形器输出至待测光纤，接收返回的背向散射信号，将信号放大后的背向散射信号输出至偏振分集相干平衡探测器；
通过偏振分集相干平衡探测器将经过小信号放大器放大后的背向散射光信号与本振光的两个偏振态分别进行相干，采用两路高速低噪声平衡探测器分别接收并转化为电信号，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号。


3.一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过时分复用结合频分复用，使激光器在一个周期内产生N个频率的探测光脉冲；
向光纤注入与探测光脉冲在时域和功率上互补的填充光脉冲，将探测光脉冲与填充光脉冲进行合波处理；
对合波处理后的N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号；
采集N个频率的两个偏振态中频信号，进行数据处理，分别获得用于损耗监测的COTDR曲线，以及用于振动信号监测的OTDR曲线。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，向光纤注入与探测光脉冲在时域和功率上互补的填充光脉冲，将探测光脉冲与填充光脉冲进行合波处理，对合波处理后的N个频率的探测光脉冲进行探测与同步接收，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号，具体包括以下步骤：
通过耦合器接收激光器发出的N个频率连续光并分成两路，一路作为探测光，另一路作为本振光；
通过可调移频器将N个频率的探测光再次在一个周期内产生等间隔频移；
通过第一声光调制器将频移后的N个频率的连续光调制成光脉冲序列，对产生的光脉冲信号附加固定的频移量；
通过第二声光调制器将填充光源发出的光调制为与探测光在时序上互补的单频填充光脉冲；
通过合波模块将第一声光调制器发出的多频探测光脉冲与第二声光调制器发出的单频填充光脉冲进行合波处理；
通过光放大器进行光脉冲信号放大后，通过环形器输出至待测光纤，接收返回的背向散射信号，将信号放大后的背向散射信号输出至偏振分集相干平衡探测器；
通过偏振分集相干平衡探测器将经过小信号放大器放大后的背向散射光信号与本振光的两个偏振态分别进行相干，采用两路高速低噪声平衡探测器分别接收并转化为电信号，得到含有N个频率的两个偏振态的中频信号。


5.一种用于损耗与扰动事件同步监测的COTDR系统，其特征在于，包括：
光脉冲发射模块，其用于：通过时分复用结合频分复用，使激光器在一个周期内产生N个频率的探测光脉冲；
光脉冲接收模块，其用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴岩，张益昕，陈晓红，张旭苹，
申请(专利权)人：烽火通信科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42