[发明专利]一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置

说明书

本发明公开了一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置，其是采用任意函数发生器驱动的相位调制器和电光调制器对窄线宽激光器输出的连续光进行PSK脉冲编码，PSK脉冲编码信号光在光纤传播产生的背向瑞利散射光作为信号光与本地参考光进行外差相干检测。输出的外差信号经数字信号处理单元解调后，传入计算机进行处理。计算机对得到的PSK脉冲编码探测曲线与未编码的原始探测曲线进行时序对齐后叠加再求平均，对叠加平均后的曲线进行线性拟合以获得光纤的传输衰减和故障定位等的信息。该方法不仅可以有效抑制CRN，减小信号的幅度波动，还可以降低测量误差，提高系统的信噪比。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤指一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置。

背景技术

光时域反射(Optical Time Domain Analysis，OTDR)传感技术是光纤通信线路健康状况监测的主要手段之一，其是通过直接探测脉冲信号光产生的背向瑞利散射光的功率和时间进行光纤链路上的衰减、断裂和空间定位，在桥梁、电力线路和光通信线路的故障检测和定位中有重要的作用。

OTDR由于采用直接检测的方式其测量范围较小，在长距离通信链路中，通常使用光纤放大器如掺铒光纤放大器(EDFA)来补偿脉冲信号光的传输损耗。然而EDFA对信号光进行功率放大的同时，也会产生强烈的放大自发辐射(ASE)噪声，ASE噪声的积累会使OTDR测量的信噪比急剧恶化，甚至无法进行测量。即使采用光学滤波器对宽带的ASE噪声进行限制，在多个EDFA级联的通信线路中，ASE噪声也会不断聚集而得到加强，从而使OTDR无法覆盖整条通信线路。同时，采用的宽带光源会占据部分通信信道，从而限制通信系统的传输。

针对以上OTDR的问题，1982年Healey等提出将外差探测方法用于OTDR系统，通过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电学的窄带带通滤波，滤除绝大部分的宽带ASE噪声从而能有效提高动态范围。而且探测光是由单频窄线宽激光器产生，仅需要占据光通信线路中某一个预留的波分复用通道，从而可避免在线监测时对通信信道的干扰。然而窄线宽光源的高相干性会使散射单元内的散射点互相干涉从而产生相干瑞利噪声(CRN)，进而造成检测到的信号的功率随机波动，降低系统的测量精度和信噪比。并且由于CRN的相位相关特性，因此不能简单地通过信号平均或者加入带通滤波器的方式进行降低。因此目前急需一种能有效抑制COTDR传感系统的CRN，降低测量误差，提高系统信噪比和测量精度的方法和装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明主要目的在于，针对现有技术之弊端，提供一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法及其装置，以抑制CRN导致的测量信号幅度的起伏，降低其对系统性能的影响，提高测量的准确度和信噪比。

为此，发明提供了以下技术方案：

一种基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法，该方法采用任意发生器驱动的相位调制器和电光调制器对窄线宽激光器输出的连续光进行PSK脉冲编码，PSK脉冲编码信号光在光纤传播产生的背向瑞利散射光作为信号光与本地参考光进行外差相干检测。输出的外差信号经数字信号处理单元解调后，传入计算机进行处理。

进一步的，上述基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法中，所述的PSK脉冲编码，是指对脉冲宽度内的每个bit进行PSK调制，从而使不同bit散射点之间的干涉相位差产生π相移。

进一步的，上述基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法中，所述的数字处理单元解调，是指首先对外差信号进行低噪声放大，接着进行窄带带通滤波，最后进行模数转换以获得待测中频信号。

进一步的，上述基于PSK脉冲编码的COTDR测量方法中，所述的计算机处理，是指对得到的PSK脉冲编码探测曲线与未编码的原始探测曲线进行时序对齐后叠加再求平均，对叠加平均后的曲线进行线性拟合以获得光纤的传输衰减和故障定位等的信息。