[发明专利]基于周期开关键控混沌信号的光时域反射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光时域反射测量方法，更详而言，是一种基于周期开关键控混沌信号的光时域反射方法，属于光纤线路测量技术领域。

技术背景

光纤通信以其通信容量大、中继距离长、抗电磁干扰等特点已成为支撑全世界海量信息交换的最重要的技术支柱之一。包括陆地光网络以及海底光缆在内，目前全世界已敷设光纤数亿千米。光缆几乎包围了整个地球，因而对光纤线路的检测就显得极其重要。

对光纤的检测，除了定位光纤断裂点外，还包括对光纤中诸如弯曲、对接损耗，以及光纤衰减的测量。其中，衰减是光纤的重要特征，对于评价光纤的质量和确定光信号再生的中继距离起着重要的作用。

光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer，简称OTDR)通过观测光纤后向瑞利散射或菲涅尔反射信号，探测光纤沿传播方向的衰减特性，进而检测、判断光纤线路中的异常，成为光纤研究、生产、铺设以及维护过程中应用最广的测量方法。传统的OTDR采用单个光脉冲作为探测光信号，通过检测回波脉冲到达的时间和功率发现光纤链路中的故障点及光纤的衰减特性。该方法技术成熟、结构简单，且能同时完成对光纤衰减的测量和对光纤故障的定位。但存在原理上的缺陷：其测量距离与空间分辨率是一对无法调和的矛盾。要提高空间分辨率就需要采用超短光脉冲减小脉冲宽度，但这样会降低脉冲能量，进而减少可测量距离；要提高测量距离，就要增加光脉冲的峰值功率或脉冲宽度，但前者会引起非线性效应甚至引起光纤损伤，后者又必将降低分辨率。若不采用昂贵复杂的超短光脉冲激光器，仅依靠现有调制技术其分辨率多在数米至数十米，盲区则更大。而若采用超短光脉冲，则还需要结合复杂的探测技术来提高信噪比，如光频上转换结合光子计数技术和非线性晶体的光学倍频效应等，这样又大大增加了系统复杂性、操作难度和成本，难以小型化和便捷化。

在先技术EP0269448、JP9026376提出的伪随机码相关法是单脉冲OTDR的重大改进，可以调和空间分辨率与测量距离的矛盾：它利用一定码长的伪随机光脉冲序列作为探测光，将后向反射信号与随机码进行相关运算，得到光纤各点异常情况；因此，增加码长可增大测量距离，且不会影响空间分辨率。特别是诸如Gray码、正交码等特殊码型提高了信噪比。然而，随机光脉冲序列的产生需要通过电随机码调制激光器，迄今为止，受电子器件带宽瓶颈的限制，随机码相关法的空间分辨率、盲区与传统单脉冲法相比，并未明显改善。此外，随机码相关法有限的码长也限制了测量距离的进一步增加，较高的制作成本也制约了其适用范围。

在先技术ZL200810054534.7“混沌光时域反射仪及其测量方法”，提出了一种基于混沌激光信号的互相关法实现光纤故障点检测的方法，克服了传统脉冲光时域反射仪和伪随机码调制光时域反射仪测量盲区大的缺点，提高了故障点检测的分辨率，实现了与距离无关的高精度测量，对于检测点与故障点的光纤长度测量已经非常精确。这种方法是将混沌光发射装置发射的混沌光信号分为参考光与探测光，将光纤回射的探测光与参考光进行互相关比较，实现光纤故障定位。光纤回射的探测光中包含瑞利后向散射以及光纤故障点的菲涅耳反射，且菲涅耳反射比瑞利散射强上千倍。其装置中混沌光发射装置发出的是连续不断的混沌光，其信号处理装置对参考信号和回射的探测信号进行互相关处理，会在产生菲涅耳反射的故障点处出现峰值，从而得到故障点的位置。混沌时序的自相关曲线具有理想的类δ函数图形。因进入光纤的连续混沌光信号的散射信号相互叠加，且后向散射很微弱以及噪声的影响，连续的混沌信号与回波信号经过相关处理后无法得出瑞利散射的变化，而瑞利散射的变化直接反映出光纤的衰减。所以此技术虽然能够获得高空间分辨率，却无法像传统OTDR那样在定位光纤故障点的同时得到光纤衰减的信息。

发明内容

本发明基于上述现有技术，提供一种基于周期开关键控混沌信号的光时域反射方法，在得到与距离无关的高分辨率的前提下，解决混沌光时域反射仪及其测量方法无法测量光纤衰减信息及损耗事件的问题。

上述问题是通过以下技术方案得以实现。