本发明专利技术公开了一种同频共用光纤通信感知一体化系统，具体为：由光路检测和电路解调两部分组成，整个系统由连续波激光器，光纤耦合器，偏振控制器，马赫曾德尔调制器，任意波形发生器，掺铒光纤放大器，光滤波器，光纤环形器，光纤，光电探测器，数据采集设备，平衡探测器，数据采集卡组成；传输光信号和传感探测光由同一激光器产生，通过调节传输信号调制功率改变系统的传输性能和传感性能，远端采用直接探测获得传输信号，本地端用外差相干探测获得传感信号。本发明专利技术提供了一种简单、紧凑、高效率的同频共用光纤通信感知一体化系统，解决现有一体化系统在实际应用中的不足。化系统在实际应用中的不足。化系统在实际应用中的不足。
【技术实现步骤摘要】
一种同频共用光纤通信感知一体化系统
[0001]本专利技术属于光纤通信技术，尤其涉及一种同频共用光纤通信感知一体化系统。
技术介绍
[0002]在过去几十年中，随着大数据，云计算，物联网，工业互联网，数字化转型等快速发展，光纤通信网络呈爆炸式增长。当前，光纤通信网络已经呈现出无处不在的状态，仅用光网络进行数据传输已经不能满足当下需求，亟需为庞大光网络开辟更多新功能。分布式光纤传感技术由于其灵敏度高，抗电磁干扰，长距离全分布式测量等优点，受到了广泛关注和大量研究。在众多分布式光纤传感技术中，相位敏感光时域反射技术在油气管道，结构健康监测，高铁测速、定位，高铁周界防护，地震监测，分布式声波探测等领域均有很好的应用并获得了良好的反馈。
[0003]事实上，光纤传感系统和光纤通信系统具有很高的相似性，二者采用的很多器件(激光器，调制器，探测器)均相同，尤其是采用相同的传输介质(单模光纤，多模光纤等)。此外，光纤通信中的很多技术也应用到分布式光纤传感中来提升光纤传感系统的性能。因此，分布式光纤传感与光纤通信具有很强的兼容性，可以很容易将分布式光纤传感技术集成到现有光通信网络中去。
[0004]基于此，少数研究人员开展了通信感知一体化系统的研究，将相位敏感光时域反射技术集成到现用光纤网络中，并实现了现场测试。但目前的集成方案均采用波分复用和频分复用的方式，这些集成方式仅仅共用物理介质(光纤)，本质上仍然是两个独立的系统，因此具有集成度低，系统复杂，传输效率低等缺点。为了提高一体化系统集成度以及传输传感效率，亟需突破这一限制条件。目前，在提高光纤通信感知一体化系统的集成度，获得更加紧凑，更加高效的系统研究方面没有任何相应的技术手段。
技术实现思路
[0005]鉴于现有一体化系统复杂度高，效率低等缺点，本专利技术提供一种同频共用光纤通信感知一体化系统。
[0006]本专利技术的一种同频共用光纤通信感知一体化系统，传输光信号和传感探测光由同一激光器产生，通过调节传输信号调制功率改变系统的传输性能和传感性能，远端采用直接探测(单个探测器)获得传输信号，本地端用外差相干探测获得传感信号，具体结构为：
[0007]连续波激光器输出的连续光经90:10的光纤耦合器A后分为两路，上支路90％的连续光经偏振控制器A调节后注入到马赫曾德尔调制器A，马赫曾德尔调制器A工作在载波抑制调制模式下，马赫曾德尔调制器A由任意波形发生器产生的线性调频信号驱动产生线性调频光边带，马赫曾德尔调制器A输出光经掺铒光纤放大器A放大后通过光滤波器仅保留+1阶或
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1阶边带，去除其余所有光信号；光滤波器输出的线性调频光载波经偏振控制器B调节偏振态后注入到马赫曾德尔调制器B，马赫曾德尔调制器B由任意波形发生器另一端口产生的传输信号驱动，马赫曾德尔调制器B输出光信号通过掺铒光纤放大器B补偿光功率的损耗
后经光纤环形器将传输光注入光纤中，光纤远端输出光信号用光电探测器转换为电信号，并用数据采集设备采集后做数字信号处理；光纤中产生的散射光经环形器的3口输出，输出的连续光通过分光比为1:1的光纤耦合器B和光纤耦合器A的10％输出臂输出的连续光耦合，光纤耦合器A的10％输出臂作为本地光，光纤耦合器B两个输出臂分别注入平衡探测器两个输入端进行光电转化，平衡探测器输出的电信号用数据采集卡采集后进行后期处理。
[0008]进一步的，系统采用线性调频光载波既作为脉冲幅度调制传输信号的光载波，同时作为分布式光纤传感的探测光。
[0009]进一步的，系统通信信号和分布式传感信号分别在远端和本地端探测和解调。
[0010]进一步的，分布式传感信号采用外差相干探测获取信号，在信号检测中仅保留线性调频光载波对应的瑞利散射信号。
[0011]本专利技术的有益技术效果为：
[0012](1)系统简单，系统仅采用一个单波长激光器作为光源，系统高度集成，简单、易实现、易调节。
[0013](2)整个系统采用频谱共用方法实现通信感知一体化系统，具有很高的频谱效率。
[0014](3)整个系统可以仅仅通过调节载波边带功率比灵活地调节系统通信和分布式传感性能，极大地提高系统的灵活性，覆盖更多的应用场景。
[0015](4)集成系统传感部分仅在数据处理过程中通过改变解调参数，就可以灵活地调节系统的空间分辨率和频率响应，针对不同的应用场景具有更好的灵活性。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的系统结构图。
[0017]图2为本专利技术传输性能测试结果，并与传统单频光载波PAM4传输系统进行比较，其中：(a)两条误码率响应曲线分别为传统单频光载波随发射功率增加时的性能变化，以及所提出一体化方案传输性能随发射功率的变化；(b)传统方案和所提方案随着发射功率增加时，背向斯托克斯光功率的变化；(c)传统方案最佳发射功率(9dBm)时不同接收功率的传输性能，以及所提方案最佳发射功率(16dBm)时不同接收功率的传输性能。
[0018]图3为本专利技术分布式振动性能测试结果，其中：(a)为整个光纤链路上的振动响应距离
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时间分布图；(b)为图a对应的相位标准差曲线，可以清楚的看到振动位置及其标准差；(c)为所测得的振动信号；(d)为图c时域信号对应的频谱。
[0019]图4为改变频率响应提升因子对应的结果图，其中：(a)3kHz和21kHz振动信号的时域图；(b)图a对应的频谱图；(c)不同频率响应提升因子与测量精度之间的关系。
[0020]图5为加载通信传输编码前后的传感性能变化结果图，其中：(a)加载传输信号前后的振动响应变化；(b)加载传输信号前后的信噪比和相位方差变化；(c)加载不同比特率传输信号对传感性能的影响，包括信噪比和相位方差。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0022]本专利技术的一种同频共用光纤通信感知一体化系统，如图1所示，由光路和电路两部分组成。连续波激光器1输出的连续光经90:10的光纤耦合器A2后分为两路，上支路90％的
连续光经偏振控制器A3调节后注入到马赫曾德尔调制器A4，马赫曾德尔调制器A4工作在载波抑制调制模式下，马赫曾德尔调制器A4由任意波形发生器5产生的线性调频信号驱动产生线性调频光边带，马赫曾德尔调制器A4输出光经掺铒光纤放大器A6放大后通过光滤波器7仅保留+1阶或
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1阶边带，去除其余所有光信号；光滤波器7输出的线性调频光载波经偏振控制器B8调节偏振态后注入到马赫曾德尔调制器B9，马赫曾德尔调制器B9由任意波形发生器5另一端口产生的传输信号驱动，马赫曾德尔调制器B9输出光信号通过掺铒光纤放大器B10补偿光功率的损耗后经光纤环形器11将传输光注入光纤12中，光纤12远端输出光信号用光电探测器13转换为电信号，并用数据采集设备14采集后做数字信号处理；光纤12中产生的散射光经环形器11的3口输出，输出的连续光通过分光比为1:1的光纤耦合器B15和光纤耦合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同频共用光纤通信感知一体化系统，其特征在于，传输光信号和传感探测光由同一激光器产生，通过调节传输信号调制功率改变系统的传输性能和传感性能，远端采用直接探测获得传输信号，本地端用外差相干探测获得传感信号，具体结构为：连续波激光器(1)输出的连续光经90:10的光纤耦合器A(2)后分为两路，上支路90％的连续光经偏振控制器A(3)调节后注入到马赫曾德尔调制器A(4)，马赫曾德尔调制器A(4)工作在载波抑制调制模式下，马赫曾德尔调制器A(4)由任意波形发生器(5)产生的线性调频信号驱动产生线性调频光边带，马赫曾德尔调制器A(4)输出光经掺铒光纤放大器A(6)放大后通过光滤波器(7)仅保留+1阶或
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1阶边带，去除其余所有光信号；光滤波器(7)输出的线性调频光载波经偏振控制器B(8)调节偏振态后注入到马赫曾德尔调制器B(9)，马赫曾德尔调制器B(9)由任意波形发生器(5)另一端口产生的传输信号驱动，马赫曾德尔调制器B(9)输出光信号通过掺铒光纤放大器B(10)补偿光功率的损耗后经光纤环形器(11)将传输光注入...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫连山，何海军，邹喜华，蒋林，易安林，潘炜，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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