[发明专利]光缆、光电复合缆的外部安全预警和定位系统

说明书

技术领域

本发明属于光电子及信息技术领域，特别涉及一种光缆、光电复合缆的外部安全预警和定位系统。 

背景技术

光缆和光电复合电缆是目前光通信行业和电力行业广泛采用的一种信息传输介质，光缆和光电复合电缆的运营安全关系到社会的稳定和国家经济利益的保障。因此对光缆和光电复合电缆运营过程中的外部侵害事件进行实时在线的预警和定位监测是保证其安全运营的关键。 

传统的光缆和光电复合电缆的损害检测主要采用光时域反射计(OTDR)来进行，这种技术只能在光缆已经被侵害事件破坏产生光缆内光纤断裂的情况下才有效，无法实现对侵害事件的实时在线检测，而且对断点的定位精度会随着光缆长度的增加而降低。另外一种监测方法是采用光纤光栅等具有应力应变敏感特性的传感器件对光缆进行安全检测的话，这种方法必须在光缆内加入光纤光栅器件，从而破坏了光缆本身的传输特性，因此这些方法都无法在现有的通信光缆或者光电复合电缆上实现在线应用。 

现有传统的光缆在线监测系统都是在事件发生之后报警，此时，事件产生的破坏已经形成，应急机制的作用只能是通讯的恢复；若发生数据盗取，目前还没有技术能力可以事前，甚至是事后报警。 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种能提前预警、准确定位、使用简单及适用范围广的光缆、光电复合电缆的外部安全预警和定位系统。 

为了达到上述目的，本发明所设计的一种光缆、光电复合电缆的外部安全预警和定位系统，主要包括光纤传感光学系统、信号处理系统和系统软件，其中光纤传感光学系统为双向共光路分布式光纤干涉仪，信号处理系统为DFB半导体激光器恒流驱动电路、温度控制电路、PIN探测器电路及AD转换采集电路，系统软件包括前端采集和预处理软件包、小波分析与特征提取软件包、时 延判断软件包和用户界面。 

在光学系统中，所述的双向共光路分布式光纤干涉仪，采用两个相同的偏振无关的光纤分光器与通信光缆或者光电复合电缆中的传感用单模光纤共同构成等臂长的干涉仪；DFB半导体激光器发出的光经过光隔离器后，采用光纤分光器分成等光强的两路，分布经过不同的传输光纤输入到干涉仪的两端。为了使两路干涉信号的附加相位差一致，正反两个方向的光进入构成干涉仪的分光器后，必须通过直通臂直接相连。两路干涉信号通过不同的光纤回到接收端，经过PIN探测器把光信号转换为电信号，获得两路波形一致的干涉信号，然后经过AD转换成数字信号，进入系统软件进行预处理，然后通过小波分析提取特征，输入神经网络进行计算，识别事件。当事件识别完成后，根据事件性质，采用时延算法对事件的发生位置进行定位，最终完成对侵害事件的预警和定位。 

本发明利用通信光缆或者光电复合电缆内的光缆本身作为敏感器件，结合双向同光路偏振无关的分布式光纤干涉仪技术，并结合小波分析和神经网络算法进行外部安全预警和定位。 

本发明得到的一种光缆、光电复合电缆的外部安全预警和定位系统，结合DFB半导体激光器和双向共光路光纤干涉技术原理，大幅提高报警信号信噪比；基于多波带时频谱特征分析的信号预处理算法的事件判断，可以实现对多种不同威胁通信链路和数据安全的侵入事件的精确判断，可以对多目标和多事件进行判断；以变换域空间信号距离为激励函数设计径向基神经网络，实现神经网络的实时训练和自学习；基于自适应滤波技术和小波广义相关技术针对不同的事件进行实时定位，可以实现多事件的实时定位。 

本发明所得到的一种光缆、光电复合电缆的外部安全预警和定位系统，对通信光缆的实时安全报警及准确定位系统可在破坏事件发生前提前预警，使通讯维护单位在事件发生前就可以采取相应的防范措施，从而可以避免破坏带来的直接损失，如光纤修护的材料及人工费用等；避免带来的间接损失，如光纤使用单位的通讯中断赔偿等；避免破坏带来的对社会经济发展的负面影响；提前采取措施，避免数据的被盗。 

对于光纤骨干网，特别是长距离光纤骨干网而言，除了对事件有提前相应外，对事件发生的防范措施的实施的及时性及有效性将更为重要，通信光缆的实施安全报警及准确定位系统的100米定位精度为此提供了充分的技术保障，从而可以达到的效果是：节约了事件防范的排查时间，为事件发生的防范措施提供了时间余量；使相关人员能就近到达时间现场，提高了人员的使用效率；从技术层面为数据盗取事件的侦破提供了事实依据。