專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù)：
光時(shí)域反射儀(OTDR,Optical Time-Domain Reflectometry)根據(jù)光的背向散射與反射原理制作，利用光在光纖中傳播時(shí)產(chǎn)生的背向散射光來(lái)獲取衰減的信息，可用于測(cè)量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點(diǎn)定位以及了解光纖沿長(zhǎng)度的損耗分布情況等。由于光纖材料密度不均勻、摻雜成分不均勻以及光纖本身的缺陷，當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，沿光纖長(zhǎng)度上的每一點(diǎn)均會(huì)引起散射。光時(shí)域反射儀記錄下每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集到的散射光強(qiáng)度。因?yàn)楣馑偈枪潭ǖ?，采集信?hào)的時(shí)間與光在光纖中傳輸距離具有對(duì)應(yīng)關(guān)系 ，因此可以將時(shí)間轉(zhuǎn)換為光纖的長(zhǎng)度。如圖I所示為OTDR探測(cè)信號(hào)曲線的典型表現(xiàn)形式，橫坐標(biāo)表示光纖長(zhǎng)度(單位為km)，縱坐標(biāo)為散射光信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度(單位為dB)?？梢钥闯?，該曲線100隨著光纖長(zhǎng)度的增加高度在逐漸降低，但其變化趨勢(shì)是很平緩的，104表示這種由于光纖長(zhǎng)度的不同導(dǎo)致的兩點(diǎn)間OTDR探測(cè)信號(hào)強(qiáng)度的變化。曲線100在熔接點(diǎn)(Splice) 101、光纖接續(xù)盒(Connection) 102、、斷裂點(diǎn)(break)或光纖終點(diǎn)(End of fiber) 103處出現(xiàn)顯著變化,這表示光在這些地方會(huì)發(fā)生反射或散射，散射光及反射光有一部分可背向傳輸回到光時(shí)域反射儀。。所述在圖I曲線中的顯著變化區(qū)域(105、106、107)稱(chēng)之為反射事件及衰減事件。從所接收的光的強(qiáng)弱變化，可以判斷光纖各個(gè)位置的傳輸特性。傳統(tǒng)的OTDR測(cè)量原理將寬度可控的脈沖光信號(hào)耦合進(jìn)光纖中，脈沖光在光纖中傳輸?shù)倪^(guò)程，伴隨著散射的發(fā)生，與脈沖傳輸方向相反的部分散射信號(hào)最終回到OTDR處。OTDR通過(guò)耦合器將信號(hào)接收，并做模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為以光纖長(zhǎng)度(單位為km)為橫坐標(biāo)，相對(duì)強(qiáng)度(單位為dB)為縱坐標(biāo)的曲線，該曲線是一條從光纖始端起，隨著光纖長(zhǎng)度增加逐漸衰減的直線。但由于光纖中存在熔接、斷裂現(xiàn)象，在這些位置的產(chǎn)生了額外的損耗和反射，它的表現(xiàn)形式就如圖I中反射事件、衰減事件。OTDR測(cè)量就是依靠這條帶有反射和衰減事件的曲線100，來(lái)分析光纖鏈路的狀態(tài)。如果某些位置反射過(guò)強(qiáng)、損耗過(guò)大說(shuō)明有異常，而曲線的橫軸是光纖長(zhǎng)度，所以可以推算出這些反射、衰減事件的位置。OTDR測(cè)量的是光的散射信號(hào)。光的散射信號(hào)與探測(cè)脈沖光的峰值功率、脈沖寬度有關(guān)系，且隨著傳輸距離增大而減小。這種光的散射信號(hào)的強(qiáng)度是很弱的，很容易湮沒(méi)在噪聲中，這就限制了 OTDR探測(cè)距離，該探測(cè)距離與指標(biāo)“動(dòng)態(tài)范圍”對(duì)應(yīng)?！皠?dòng)態(tài)范圍”用于表征OTDR探測(cè)的最大距離。一種對(duì)“動(dòng)態(tài)范圍”常見(jiàn)的定義是取初始端后向散射電平與噪聲峰值電平間的dB差。常見(jiàn)的提高動(dòng)態(tài)范圍的方法有增加平均次數(shù)、加大探測(cè)脈沖寬度和采用數(shù)字濾波技術(shù)。為了獲得更好的信噪比(也就是提高動(dòng)態(tài)范圍及延長(zhǎng)可探測(cè)距離)，通常采用多次累加技術(shù)(也叫平均)。多次累加技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下0TDR控制激光器發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)進(jìn)入光纖，脈沖信號(hào)在光纖傳輸過(guò)程中不斷產(chǎn)生背向散射信號(hào)，并隨耦合器返回0TDR。OTDR從發(fā)送脈沖的時(shí)刻起就不斷地接收背向散射信號(hào)。OTDR對(duì)所接收的背向散射信號(hào)做光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)，這一過(guò)程一般情況下持續(xù)到探測(cè)的脈沖信號(hào)在光纖末端時(shí)產(chǎn)生的散射信號(hào)回到OTDR儀表中時(shí)截止,也就是探測(cè)脈沖在整個(gè)光纖中傳輸時(shí)間的兩倍(背向散射信號(hào)還有一個(gè)返回傳輸?shù)倪^(guò)程，因此是前向傳輸用時(shí)的兩倍)。這一過(guò)程稱(chēng)之為一次OTDR采樣。重復(fù)這一過(guò)程，將多次采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加平均，可以抑制白噪聲，提高OTDR信號(hào)的信噪 比。圖2a為平均次數(shù)較小時(shí)的OTDR測(cè)量結(jié)果，圖2b為平均次數(shù)較大時(shí)的OTDR測(cè)量結(jié)果。這兩幅圖的橫坐標(biāo)表示光纖長(zhǎng)度(單位為km)，縱坐標(biāo)為采樣數(shù)據(jù)的相對(duì)強(qiáng)度(單位為dB)。圖2a和圖2b的對(duì)比可以看出，圖2a和圖2b中劇烈變化的區(qū)域出現(xiàn)的位置基本相同，但是圖2b中劇烈變化的區(qū)域與其他部分的差距更為明顯，這說(shuō)明動(dòng)態(tài)范圍在平均次數(shù)增加后有所提升。圖3是OTDR原理結(jié)構(gòu)方框圖。脈沖發(fā)生器303發(fā)出寬度可調(diào)的窄脈沖驅(qū)動(dòng)激光器301，激光器301產(chǎn)生所需寬度的脈沖光。圖3中激光器301至耦合器302箭頭上方的圖形為該脈沖光的波形示意。該脈沖光經(jīng)耦合器302進(jìn)行方向耦合后入射到被測(cè)光纖308，光纖308中的背向散射光和菲涅爾反射光經(jīng)耦合器302進(jìn)入光電探測(cè)器305，光電探測(cè)器305把接收到的散射光和反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由放大器306放大后送信號(hào)處理部件307處理(包括采樣單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和平均單元)，處理后的結(jié)果由顯示單元309顯示縱軸表示功率電平，橫軸表示距離。時(shí)基與控制單元304控制脈沖發(fā)生器303發(fā)出寬度可調(diào)的窄脈沖的寬度，以及控制信號(hào)處理部件307中采樣單元的采樣以及平均單元的平均。海纜監(jiān)控設(shè)備是對(duì)海纜進(jìn)行日常維護(hù)和故障定位的一種設(shè)備，它也采用了 OTDR技術(shù)。海纜監(jiān)控設(shè)備向海纜中發(fā)送探測(cè)光，利用接收到的探測(cè)光的背向瑞利散射信號(hào)來(lái)檢測(cè)水下海纜和中繼器等水下設(shè)備的工作狀態(tài)。在不同場(chǎng)景下，海纜系統(tǒng)對(duì)探測(cè)光功率和信號(hào)脈寬都有特定的取值范圍限制；為了獲取有效的監(jiān)控精度，信號(hào)脈寬也必須限制在一定的范圍內(nèi)。因此，如何在探測(cè)信號(hào)功率和脈寬受限的情況下，獲取更大的動(dòng)態(tài)范圍和更高的監(jiān)控精度，是海纜監(jiān)控設(shè)備需要解決的難題。由于海纜系統(tǒng)是帶有多個(gè)中繼器的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，它具有上行和下行兩個(gè)方向的光纖傳輸和中繼放大系統(tǒng)。海纜系統(tǒng)的每個(gè)中繼器都具有環(huán)回的功能，保證探測(cè)脈沖產(chǎn)生的背向散射信號(hào)能夠耦合到反向傳輸線路中，并送回到海纜監(jiān)控設(shè)備。海纜系統(tǒng)的OTDR信號(hào)表現(xiàn)形式如圖4所示，橫坐標(biāo)為海纜的長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)為OTDR信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度。其中每一個(gè)峰值位置都對(duì)應(yīng)一個(gè)中繼器及放大器。該OTDR信號(hào)的最大探測(cè)距離為600km，因此距離600km的信號(hào)表現(xiàn)為噪聲。以上所述OTDR利用單脈沖探測(cè)光進(jìn)行檢測(cè)。如果OTDR將單脈沖探測(cè)光擴(kuò)展為脈沖序列探測(cè)光，進(jìn)一步利用脈沖序列之間的相關(guān)性，則將其稱(chēng)之為相關(guān)OTDR(Co-relation0TDR)。相關(guān)OTDR通過(guò)發(fā)送脈沖序列探測(cè)光，并對(duì)接收的散射信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，這種相關(guān)處理可以有效提高接收信號(hào)的信噪比。通過(guò)發(fā)送脈沖序列方式可以在探測(cè)脈沖光序列中單個(gè)脈沖足夠窄的情況下提升信噪比，有效解決光纖事件分辨率和動(dòng)態(tài)范圍的矛盾，提高探測(cè)性能。圖5所示為現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)OTDR的原理結(jié)構(gòu)框圖，其中，模塊之間的實(shí)線箭頭表示光信號(hào)，模塊間的虛線箭頭表示電信號(hào)。碼型生成器505用于生成脈沖序列(碼型生成器505至相關(guān)處理單元507箭頭上方的圖形為其波形示意圖)，所述脈沖序列發(fā)送至調(diào)制器502，將激光器501發(fā)出的激光調(diào)制成脈沖序列探測(cè)光(調(diào)制器502至耦合器503箭頭上方的圖形為其波形示意圖)，該脈沖序列探測(cè)光經(jīng)耦合器503進(jìn)行方向耦合后入射光纖504。率禹合器503米集的反射光和散射光信號(hào)，由光電探測(cè)單兀506轉(zhuǎn)換為電信號(hào),再經(jīng)過(guò)相關(guān)處理單元507進(jìn)行處理后，輸出至顯示設(shè)備(未在圖5中示出)顯示分析結(jié)果(相關(guān)處理單元507右方的箭頭上方的圖形為其波形示意圖)。相關(guān)OTDR與前文所述的傳統(tǒng)OTDR測(cè)量原理最大的不同在于，這種技術(shù)在“每次 采樣過(guò)程”中發(fā)送的不是一個(gè)脈沖，而是脈沖序列。這種脈沖序列是為了用于相關(guān)計(jì)算而設(shè)計(jì)的，目前最流行的相關(guān)碼型是格雷碼，它由四組碼構(gòu)成，這些格雷碼在數(shù)字上表示就是一串由O和I構(gòu)成的碼串。激光器發(fā)送的信號(hào)為連續(xù)光，在碼型生成器的控制下，調(diào)制器將連續(xù)光調(diào)制成某組格雷碼序列的形式，這組格雷碼經(jīng)耦合器進(jìn)入光纖傳輸，接收采樣過(guò)程一直持續(xù)到這組碼完全傳出光纖末端，且其背向散射信號(hào)已經(jīng)完全返回OTDR儀表，這樣就完成了“一組格雷碼”的“一次采樣過(guò)程”。通常四組格雷碼要順序經(jīng)過(guò)這一過(guò)程進(jìn)行采樣，最終獲得四組采樣數(shù)據(jù)。這四組采樣數(shù)據(jù)與碼型生成器生成的數(shù)字格雷碼分別進(jìn)行相關(guān)計(jì)算、數(shù)據(jù)重組，仍然能夠還原為傳統(tǒng)OTDR發(fā)送單脈沖得到的背向散射信號(hào)形式，不同的是數(shù)字相關(guān)處理具備抑制噪聲、提高信噪比的能力，OTDR信號(hào)得到了改善。相關(guān)OTDR方法是一種數(shù)字處理的方法，對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力要求極高，為了獲得更大的動(dòng)態(tài)范圍，在數(shù)據(jù)量一定的情況下，運(yùn)算復(fù)雜度與脈沖序列數(shù)目的平方成正比。而且當(dāng)信噪比低于一定程度時(shí)，相關(guān)效果急劇劣化，失去提升動(dòng)態(tài)范圍的作用。相干OTDR(Coherent 0TDR)利用光的相干特性提高檢測(cè)性能，在海纜監(jiān)控設(shè)備發(fā)送探測(cè)脈沖到海纜中時(shí)，將探測(cè)光分離一部分作為本振光與收到的背向散射信號(hào)進(jìn)行相干，從而提高接收信號(hào)的信噪比，從而提升海纜監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控性能。圖6所不為現(xiàn)有技術(shù)中的相干OTDR原理結(jié)構(gòu)框圖。相干光源601發(fā)出的相干光在第一耦合器602分成兩路，第一路通過(guò)調(diào)制器603變?yōu)閱蚊}沖信號(hào)(調(diào)制器603至耦合器604箭頭上方的圖形為該單脈沖信號(hào)的波形示意圖)，再經(jīng)第二耦合器604發(fā)送到被測(cè)光纖606。第二路作為本振光(連續(xù)光)發(fā)送到相干接收機(jī)605 (耦合器602至相干接收機(jī)605的箭頭左側(cè)的圖形為本振光的波形示意圖)。第二耦合器604接收來(lái)自被測(cè)光纖606的反射散射光，通過(guò)第二耦合器604也發(fā)送到相干接收機(jī)605。相干接收機(jī)605采用外差相干技術(shù)，對(duì)背向散射信號(hào)和本振光進(jìn)行相干接收，最終得到如圖I形式的OTDR信號(hào)，相干OTDR信號(hào)的信噪比相對(duì)于普通OTDR有較為明顯的改善。這種相干OTDR技術(shù)采用的是單脈沖信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，也是它與相關(guān)OTDR技術(shù)的一個(gè)重要區(qū)別。相干檢測(cè)技術(shù)目前僅采用多次累加、數(shù)字濾波等輔助方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升，在數(shù)字信號(hào)處理層面上提升動(dòng)態(tài)范圍的能力有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)方法及裝置，綜合了相關(guān)和相干OTDR的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了兩者的不足，實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)范圍和高分辨率的OTDR檢測(cè)。本發(fā)明實(shí)施例提出一種光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置包括相干光源(701)、第一耦合器(702)、調(diào)制器(703)、第二耦合器(704)、相干接收機(jī)(706)、碼型生成器(707)和相關(guān)處理單元(708)；
所述相干光源(701)用于發(fā)出連續(xù)相干光信號(hào)；所述第一耦合器(702)用于將所述相干光源(701)發(fā)出的連續(xù)相干光信號(hào)分成兩束輸出，第一束作為探測(cè)光進(jìn)入調(diào)制器(703)，第二束作為本振光進(jìn)入相干接收機(jī)(706)；所述碼型生成器(707)用于生成相關(guān)碼型序列，所述相關(guān)碼型序列分別輸出至調(diào)制器(703)和相關(guān)處理單元(708)； 調(diào)制器(703)用于根據(jù)來(lái)自碼型生成器(707)的相關(guān)碼型序列，對(duì)輸入的探測(cè)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖序列光信號(hào)，并將所述脈沖序列光信號(hào)輸出至第二耦合器(704)；所述第二耦合器(704)用于將來(lái)自調(diào)制器(703)的脈沖序列光信號(hào)進(jìn)行方向耦合后輸入被測(cè)光纖；以及用于接收來(lái)自被測(cè)光纖的背向散射光，并將所述背向散射光輸出至相干接收機(jī)(706)；所述相干接收機(jī)(706)用于將來(lái)自第一耦合器(702)的本振光以及來(lái)自第二耦合器的背向散射光進(jìn)行相干處理，將相干處理后所得的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入相關(guān)處理單元(708)；所述相關(guān)處理單元(708)用于將來(lái)自相干接收機(jī)(706)的數(shù)字信號(hào)與來(lái)自碼型生成器(707)的相關(guān)碼型序列進(jìn)行數(shù)字相關(guān)處理，得到并輸出光時(shí)域探測(cè)信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例還提出一種光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)方法，包括如下步驟將相干光源發(fā)出的連續(xù)相干光信號(hào)分成兩束，第一束作為探測(cè)光，第二束作為本振光;根據(jù)相關(guān)碼型序列對(duì)所述探測(cè)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖序列光信號(hào)，并將所述脈沖序列光信號(hào)輸入被測(cè)光纖；接收來(lái)自被測(cè)光纖的背向散射光，將所述背向散射光與所述本振光進(jìn)行相干處理，將相干處理后所得的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；將數(shù)字信號(hào)與所述相關(guān)碼型序列進(jìn)行數(shù)字相關(guān)處理，得到并輸出光時(shí)域探測(cè)信號(hào)。從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明采用相干OTDR技術(shù)在光學(xué)層面提升背向散射信號(hào)的信噪比，還能保持信號(hào)的相關(guān)特性，再利用數(shù)字相關(guān)運(yùn)算對(duì)信號(hào)做處理，能夠有效提升動(dòng)態(tài)范圍。這樣就綜合了相關(guān)和相干OTDR的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了兩者的不足，實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)范圍和高分辨率的OTDR檢測(cè)。


圖I為光時(shí)域反射儀探測(cè)信號(hào)曲線的典型表現(xiàn)形式示意圖；圖2a為平均次數(shù)較小時(shí)的OTDR測(cè)量結(jié)果示意圖；圖2b為平均次數(shù)較大時(shí)的OTDR測(cè)量結(jié)果示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的OTDR原理結(jié)構(gòu)方框圖；圖4為海纜系統(tǒng)的OTDR信號(hào)表現(xiàn)形式示意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)OTDR的原理結(jié)構(gòu)框圖；圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的相干OTDR原理結(jié)構(gòu)框圖；圖7a為本發(fā)明實(shí)施例一提出的相關(guān)相干光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)裝置的框圖；圖7b為本發(fā)明實(shí)施例二提出的相關(guān)相干光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)裝置的框圖8為本發(fā)明實(shí)施例三的相關(guān)相干OTDR檢測(cè)裝置的框圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例四提出的相關(guān)相干光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式圖7a為本發(fā)明實(shí)施例一提出的相關(guān)相干光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)裝置的框圖。圖7a中所示的關(guān)鍵信號(hào)流注釋如下①探測(cè)脈沖序列光信號(hào)；②本振光；③探測(cè)脈沖序列光在光纖中傳輸產(chǎn)生的背向散 射光信號(hào)；④本振光與背向散射光信號(hào)的相干接收后的數(shù)字信號(hào)；⑤探測(cè)脈沖序列的數(shù)字形式；⑥相關(guān)運(yùn)算后的OTDR信號(hào)。相干光源701發(fā)出的連續(xù)相干光信號(hào)經(jīng)過(guò)第一耦合器702分成兩束，一束作為探測(cè)光進(jìn)入調(diào)制器703，另外一束作為本振光進(jìn)入相干接收機(jī)706。調(diào)制器703在碼型生成器707的控制下，對(duì)探測(cè)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖序列光信號(hào)，該脈沖序列光信號(hào)經(jīng)第二稱(chēng)合器704進(jìn)行方向稱(chēng)合后,注入光纖705。所述脈沖序列光信號(hào)可以視需要選取不同的相關(guān)碼型，如格雷碼、S碼等。探測(cè)光在光纖傳輸過(guò)程中的背向散射信號(hào)經(jīng)過(guò)第二耦合器704，傳送到相干接收機(jī)706。背向散射信號(hào)與本振光在相干接收機(jī)706處發(fā)生相干,將相干處理后所得的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入相關(guān)處理單元708。所述數(shù)字信號(hào)與碼型生成器707產(chǎn)生的碼元序列在相關(guān)處理單元708進(jìn)行數(shù)字相關(guān)處理,還原為OTDR信號(hào)。不同的相關(guān)碼型具有不同的相關(guān)運(yùn)算方法。一般相關(guān)碼型是由多組序列組成，在處理過(guò)程中需要對(duì)多組信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算、重組，最終還原為OTDR信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例中采用的相干接收的方式提高了接收信號(hào)的信噪比；而采用數(shù)字相關(guān)運(yùn)算對(duì)信號(hào)做處理，能夠有效提升動(dòng)態(tài)范圍。圖7a中示出的為相關(guān)相干OTDR檢測(cè)裝置的基本結(jié)構(gòu)。為達(dá)到較佳的實(shí)施效果，還可以對(duì)該相關(guān)相干OTDR檢測(cè)裝置進(jìn)行擴(kuò)展變型。以下通過(guò)其他實(shí)施例來(lái)介紹擴(kuò)展變型后的相關(guān)相干OTDR檢測(cè)裝置。圖7b示出了另一種相關(guān)相干OTDR檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)。相對(duì)于圖7a，該檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括一個(gè)補(bǔ)光激光器709和補(bǔ)光調(diào)制器710。所述補(bǔ)光調(diào)制器710在所述碼型生成器707輸出的相關(guān)碼型序列控制下，將補(bǔ)光激光器發(fā)出的激光調(diào)制成為補(bǔ)充光信號(hào)；所述第二耦合器704用于將來(lái)自調(diào)制器703的脈沖序列光信號(hào)與所述補(bǔ)充光信號(hào)合路，成為功率恒定的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)后輸入被測(cè)光纖。對(duì)于現(xiàn)有的海纜監(jiān)控設(shè)備而言，其光功率放大器和水下線路中繼器中的光功率放大器只能接受恒定功率的光輸入。加入補(bǔ)光激光器709和補(bǔ)光調(diào)制器710，補(bǔ)充光和探測(cè)脈沖光信號(hào)合路后形成功率恒定的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)，可以輸入上述光功率放大器，更加適用于現(xiàn)有的海纜監(jiān)控設(shè)備。該檢測(cè)裝置還進(jìn)一步包括光纖放大器(711)，位于第二耦合器(704)至被測(cè)光纖的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)的光路中，用于對(duì)所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)進(jìn)行功率調(diào)整。圖8示出了本發(fā)明的實(shí)施例三的相關(guān)相干OTDR檢測(cè)裝置框圖。
探測(cè)光激光器801發(fā)出的連續(xù)相干光，經(jīng)過(guò)第一耦合器802分束，一路為本振光(Local light),經(jīng)過(guò)一個(gè)衰減器810進(jìn)入相干接收機(jī)811 ;另一路為探測(cè)光(ProbingI ight)，進(jìn)入探測(cè)光調(diào)制器803。相對(duì)于圖7，圖8在本振光的光路上增加了一個(gè)衰減器810。因?yàn)楸诚蛏⑸涔獾墓β曙@然會(huì)比本振光小得多，如果本振光不做衰減直接與背向散射光相干，則相干效應(yīng)會(huì)很不明顯。衰減器810的作用是將本振光的功率降低到與背向散射光的功率相當(dāng)，以獲得較佳的相干接收效果。碼型生成器806控制探測(cè)光調(diào)制器803將探測(cè)光調(diào)制成探測(cè)脈沖光信號(hào)。需要注意的是，可以根據(jù)需要僅做單脈沖信號(hào)的調(diào)制，也可以 做脈沖序列的調(diào)制，都由碼型生成器806控制。當(dāng)然，如果調(diào)制為單脈沖信號(hào)，則該實(shí)施例的相關(guān)相干OTDR檢測(cè)裝置退化為現(xiàn)有技術(shù)中的相干0TDR。補(bǔ)光激光器804發(fā)出的激光為補(bǔ)充光(Loading light)。碼型生成器806同時(shí)也控制一個(gè)補(bǔ)光調(diào)制器805,對(duì)補(bǔ)光激光器804發(fā)出的補(bǔ)充光進(jìn)行調(diào)制，生成補(bǔ)充光調(diào)制信號(hào)。所述補(bǔ)充光和前面所述的探測(cè)光的波長(zhǎng)是不同的。在碼型生成器806控制下，補(bǔ)充光和探測(cè)光的脈沖形成互補(bǔ)信號(hào)，二者經(jīng)過(guò)第二耦合器807合路后為一個(gè)功率恒定的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)。對(duì)于現(xiàn)有的海纜監(jiān)控設(shè)備而言，其光功率放大器和水下線路中繼器中的光功率放大器只能接受恒定功率的光輸入。而探測(cè)光調(diào)制器803輸出的探測(cè)脈沖光信號(hào)并不滿足功率恒定的要求。因此加入補(bǔ)光激光器804和補(bǔ)光調(diào)制器805，補(bǔ)充光和探測(cè)脈沖光信號(hào)合路后形成功率恒定的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)，可以輸入上述光功率放大器。由于補(bǔ)充光與探測(cè)光的波長(zhǎng)不同，因此增加補(bǔ)充光并不會(huì)后續(xù)的相干及相關(guān)處理造成干擾。所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖放大器(EDFA, Erbium-doped OpticalFiberAmplifer)808進(jìn)行功率調(diào)整(視需要進(jìn)行調(diào)整，不同的海纜系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)功率的要求不同)，調(diào)整后的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)隨后經(jīng)過(guò)一個(gè)擾偏器(PS, Polarization Scrambler)809。由于高相干光源801發(fā)出的探測(cè)光多為偏振光,這種偏振方向固定的光在相干接收的時(shí)刻相干效果將受到影響(因?yàn)檎坏钠窆鉄o(wú)法發(fā)生相干)，擾偏器809使探測(cè)光的偏振方向隨機(jī)分布，則避免出現(xiàn)本振光與背向散射光偏振方向正交無(wú)法相干情況的出現(xiàn)。其后連續(xù)光探測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)第三耦合器812進(jìn)入海纜系統(tǒng)的光纖814中。光纖814的上行流方向采集的背向散射光經(jīng)過(guò)第四I禹合器813,由相干接收機(jī)811接收。背向散射光和本振光在相干接收機(jī)811處被相干接收、光電轉(zhuǎn)換。隨后電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器815進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換器816進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由數(shù)字處理器817進(jìn)行后續(xù)處理(例如帶通濾波(BPF，Band-PassFilter)、包絡(luò)檢波(Envelope Detector)、低通濾波(LPF, Low-Pass Filter)等等)，就得到了 OTDR信號(hào)。與一般的相干OTDR技術(shù)不同，該實(shí)施例方案加入了相關(guān)處理功能，碼型生成器806發(fā)送的是四組單極性格雷碼，而信號(hào)的數(shù)字處理過(guò)程對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行了相關(guān)運(yùn)算處理，進(jìn)一步提高OTDR信號(hào)的信噪比，使它更好的用于分析海纜系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例四還提出一種相關(guān)相干光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)方法，其流程如圖9所示，包括如下步驟步驟901 :將相干光源發(fā)出的連續(xù)相干光信號(hào)分成兩束，第一束作為探測(cè)光，第二束作為本振光；步驟902 :根據(jù)相關(guān)碼型序列對(duì)所述探測(cè)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖序列光信號(hào)，并將所述脈沖序列光信號(hào)輸入被測(cè)光纖；步驟903:接收來(lái)自被測(cè)光纖的背向散射光，將所述背向散射光與所述本振光進(jìn)行相干處理，將相干處理后所得的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；步驟904:將數(shù)字信號(hào)與所述相關(guān)碼型序列進(jìn)行數(shù)字相關(guān)處理，得到并輸出光時(shí)域探測(cè)信號(hào)。較佳地，所述相關(guān)碼型序列為格雷碼或S碼。較佳地，所述將所述脈沖序列光信號(hào) 輸入被測(cè)光纖包括在所述相關(guān)碼型序列的控制下，生成補(bǔ)充光信號(hào)；將所述脈沖序列光信號(hào)與所述補(bǔ)充光信號(hào)合路成為功率恒定的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)，并將所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)輸入被測(cè)光纖。較佳地，所述將所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)輸入被測(cè)光纖的步驟之前，進(jìn)一步包括對(duì)所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)進(jìn)行功率調(diào)整。較佳地，所述將所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)輸入被測(cè)光纖的步驟之前，進(jìn)一步包括使所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)的偏振方向隨機(jī)分布。較佳地，所述將所述背向散射光與所述本振光進(jìn)行相干處理之前，進(jìn)一步包括對(duì)所述本振光進(jìn)行衰減處理。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)裝置，其特征在于，該檢測(cè)裝置包括相干光源(701)、第一耦合器(702)、調(diào)制器(703)、第二耦合器(704)、相干接收機(jī)(706)、碼型生成器(707)和相關(guān)處理單元(708)； 所述相干光源(701)用于發(fā)出連續(xù)相干光信號(hào)； 所述第一耦合器(702)用于將所述相干光源(701)發(fā)出的連續(xù)相干光信號(hào)分成兩束輸出，第一束作為探測(cè)光進(jìn)入調(diào)制器(703)，第二束作為本振光進(jìn)入相干接收機(jī)(706)； 所述碼型生成器(707)用于生成相關(guān)碼型序列，所述相關(guān)碼型序列分別輸出至調(diào)制器(703)和相關(guān)處理單元(708)； 調(diào)制器(703)用于根據(jù)來(lái)自碼型生成器(707)的相關(guān)碼型序列，對(duì)輸入的探測(cè)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖序列光信號(hào)，并將所述脈沖序列光信號(hào)輸出至第二耦合器(704)； 所述第二耦合器(704)用于將來(lái)自調(diào)制器(703)的脈沖序列光信號(hào)進(jìn)行方向耦合后輸入被測(cè)光纖；以及用于接收來(lái)自被測(cè)光纖的背向散射光，并將所述背向散射光輸出至相干接收機(jī)(706)； 所述相干接收機(jī)(706)用于將來(lái)自第一I禹合器(702)的本振光以及來(lái)自第二I禹合器的背向散射光進(jìn)行相干處理，將相干處理后所得的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入相關(guān)處理單元(708)； 所述相關(guān)處理單元(708)用于將來(lái)自相干接收機(jī)(706)的數(shù)字信號(hào)與來(lái)自碼型生成器(707)的相關(guān)碼型序列進(jìn)行數(shù)字相關(guān)處理，得到并輸出光時(shí)域探測(cè)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述碼型生成器(707)生成的相關(guān)碼型序列為格雷碼或S碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，該檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括一個(gè)補(bǔ)光激光器(709)和補(bǔ)光調(diào)制器(710)，所述補(bǔ)光調(diào)制器(710)在所述碼型生成器(707)輸出的相關(guān)碼型序列控制下，將補(bǔ)光激光器發(fā)出的激光調(diào)制成為補(bǔ)充光信號(hào)； 所述第二耦合器(704)用于將來(lái)自調(diào)制器(703)的脈沖序列光信號(hào)與所述補(bǔ)充光信號(hào)合路，成為功率恒定的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)后輸入被測(cè)光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，該檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括光纖放大器(711)，位于第二耦合器(704)至被測(cè)光纖的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)的光路中，用于對(duì)所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)進(jìn)行功率調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，該檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括一個(gè)擾偏器，所述擾偏器位于光纖放大器至被測(cè)光纖的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)的光路中，用于使所述光纖放大器輸出的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)的偏振方向隨機(jī)分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，該檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括一個(gè)衰減器，用于將所述第一耦合器(702)輸出的本振光進(jìn)行衰減后，輸入相干接收機(jī)(706)。
7.一種光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟 將相干光源發(fā)出的連續(xù)相干光信號(hào)分成兩束，第一束作為探測(cè)光，第二束作為本振光; 根據(jù)相關(guān)碼型序列對(duì)所述探測(cè)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖序列光信號(hào)，并將所述脈沖序列光信號(hào)輸入被測(cè)光纖； 接收來(lái)自被測(cè)光纖的背向散射光，將所述背向散射光與所述本振光進(jìn)行相干處理，將相干處理后所得的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)； 將數(shù)字信號(hào)與所述相關(guān)碼型序列進(jìn)行數(shù)字相關(guān)處理，得到并輸出光時(shí)域探測(cè)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述相關(guān)碼型序列為格雷碼或S碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述將所述脈沖序列光信號(hào)輸入被測(cè)光纖包括 在所述相關(guān)碼型序列的控制下，生成補(bǔ)充光信號(hào)； 將所述脈沖序列光信號(hào)與所述補(bǔ)充光信號(hào)合路成為功率恒定的連續(xù)光探測(cè)信號(hào)，并將所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)輸入被測(cè)光纖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述將所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)輸入被測(cè)光纖的步驟之前，進(jìn)一步包括使所述連續(xù)光探測(cè)信號(hào)的偏振方向隨機(jī)分布。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述將所述背向散射光與所述本振光進(jìn)行相干處理之前，進(jìn)一步包括對(duì)所述本振光進(jìn)行衰減處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光時(shí)域探測(cè)信號(hào)(OTDR)的檢測(cè)裝置以及一種相關(guān)相干光時(shí)域探測(cè)信號(hào)的檢測(cè)方法，該方法包括將相干光源發(fā)出的連續(xù)相干光信號(hào)分成兩束，第一束作為探測(cè)光，第二束作為本振光；根據(jù)相關(guān)碼型序列對(duì)所述探測(cè)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖序列光信號(hào)，并將所述脈沖序列光信號(hào)輸入被測(cè)光纖；接收來(lái)自被測(cè)光纖的背向散射光，將所述背向散射光與所述本振光進(jìn)行相干處理，將相干處理后所得的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；將數(shù)字信號(hào)與所述相關(guān)碼型序列進(jìn)行數(shù)字相關(guān)處理，得到并輸出光時(shí)域探測(cè)信號(hào)。本發(fā)明方案綜合了相關(guān)和相干OTDR的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了兩者的不足，實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)范圍和高分辨率的OTDR檢測(cè)。
文檔編號(hào)H04B10/08GK102761364SQ20111011170
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者王光軍, 胡穎新, 陳冀兵 申請(qǐng)人:華為海洋網(wǎng)絡(luò)有限公司