[发明专利]一种损耗与振动同步监测的相干及偏振衰落抑制方法

说明书

本发明涉及一种损耗与振动同步监测的相干及偏振衰落抑制方法，在仅使用普通单模传感光纤的前提下，基于偏振分集的测量方式，解决了Φ‑OTDR和COTDR在偏振态问题上的冲突，并且对于损耗参量的监测，不仅能够获得更好的相干衰落噪声抑制效果，还能够增强微小损耗事件的识别能力，同时对于扰动参量的监测，能够抑制相干衰落对Φ‑OTDR相位解调的影响，高保真地重构振动信号，从而有效地降低外部扰动预警的误报率。

技术领域

本发明涉及一种损耗与振动同步监测的相干及偏振衰落抑制方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

相干光时域反射仪(Coherent Optical Time Domain Reflectometry，COTDR)采用相干探测将瑞利背向散射信号(Rayleigh Backscattering Signal，RBS)光学信号转换为某一特定中频的电学信号。通过对该中频信号进行电学的窄带滤波，抑制绝大部分的ASE噪声，从而使其能够监测多中继超长距离光纤通信线路。近年来，COTDR技术仍有持续改进，主要依托频分复用技术提高监测通道的带宽利用效率，缩短测量耗时，但就其目标参量而言仍局限在对光纤损耗参量的监测。这就造成基于COTDR的光纤链路监测系统仅能够进行事后的故障诊断与定位。事实上，在出现真正的不可逆转的损伤之前，虽然损耗值尚未出现明显的变化，但线路周边环境中的潜在威胁常通过直接接触或间接的振动信号传递，对光缆形成扰动，从而为提前预警提供依据。在扰动监测方面，相位敏感型光时域反射仪(Phase-sensitive Optical Time-Domain Reflectometry，Φ-OTDR)凭借灵敏度高和响应速度快的优点成为现阶段海缆监测技术的研究热点。

考虑到Φ-OTDR和COTDR都使用线宽窄、频率漂移小的激光器作为光源，并且在结构上外差探测Φ-OTDR与COTDR系统也具有高度的相似性。为了满足光纤监测系统对振动和损耗同步监测的需求，可以考虑将Φ--OTDR与COTDR技术进行结合。但是两种测量原理的融合，存在诸多矛盾和问题，例如：(1)Φ-OTDR系统为了能够获得较高的监测精度，相邻RBS曲线之间必须具备较高的相似性，因此需要一个频率稳定的光源，而COTDR则需要进行主动扫频和多点数字平均技术来抑制相干衰落噪声，产生对光源工作模式的需求冲突；(2)对于Φ-OTDR而言，偏振态的改变会在检测信号中引入随时间变化的偏振分量，影响振动测量精度。而COTDR中常采用扰偏器对光本振光(Optical Local Oscillator，OLO)光的偏振态进行快速扰动，以抑制由于RBS与OLO偏振态不匹配导致的偏振衰落噪声，这与Φ-OTDR希望偏振态高度稳定的要求相矛盾；(3)目前Φ-OTDR解调方法有两种：鉴幅型和鉴相型。鉴幅型解调方法根据RBS的幅度信息快速定位振动事件。由于RBS的幅度变化与振动事件引起的光纤动态应变没有明确的线性关系，因此鉴幅型解调方法通常仅能够做定性测量，无法高保真地重构扰动事件的时频特征。鉴相型解调方法利用RBS的相位变化与光纤局部区域的动态应变之间的线性关系，可以精准还原扰动事件，提升后续模式识别的准确性。但是由于相干衰落，光纤某些区域强度趋近于零，在这些区域相位解调结果很容易出现信噪比的急剧恶化导致频繁的误报警。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种损耗与振动同步监测的相干及偏振衰落抑制方法，采用全新设计方法，在实现光纤链路损耗监测的同时，能够实现扰动事件的预警。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种损耗与振动同步监测的相干及偏振衰落抑制方法，基于针对待测光纤采用偏振分集探测方式获得的两路正交偏振态中频信号，执行如下步骤A至步骤F：

步骤A.分别针对两路正交偏振态中频信号中的P偏振态中频信号与S偏振态中频信号，执行IQ解调，获得P偏振态中频信号所对应的P偏振态幅度分布矩阵、P偏振态相位分布矩阵，以及S偏振态中频信号所对应的S偏振态幅度分布矩阵、S偏振态相位分布矩阵，然后进入步骤B；其中，幅度分布矩阵表示信号幅度随时间、距离的分布，相位分布矩阵表示信号相位随时间、距离的分布；