一种通信光缆奇异点定位装置和方法与流程

本发明涉及光纤传感，特别涉及一种通信光缆奇异点定位装置和方法。

背景技术：

1、光缆作为光通信和光传感的物理媒介，它的传输特性直接影响着通信质量和传感精度。光信号在光缆的传输过程中，由于光缆中光纤材料固有的微结构特性会引发复杂的光散射现象，除主传输方向的前向传输光外，还会产生反向传输光。

2、反向传输光的特性与入射光功率存在非线性依赖关系，当入射光的功率为预设范围内的功率时，会产生与入射光波长相同的反向传输光，称为瑞利反射光，一般作为光缆衰减测量光使用；当入射光的功率增强到一定阈值时，会产生与入射光波长不同的反向传输光，如拉曼光和布里渊光，利用拉曼光可以进行分布式温度传感，利用布里渊光可以进行分布式应力或分布式温度传感。

3、为了更好地优化网络可靠性，需要精确定位光缆中奇异点的位置。在本领域中，奇异点指光纤的参数变化突变点，例如光缆衰减点、温度突变点和光缆物理参数突变点。现有在进行分布式应力或分布式温度传感的过程中，利用光纤本身作为传感介质，通过解析光信号在光纤中传输时产生的反向传输光的物理特性变化，反演出光纤沿线每一处的温度或应力信息，以识别光缆中的温度突变点或压力突变点。

技术实现思路

1、当前技术下针对奇异点例如温度突变点或压力突变点获得的定位信息是沿光缆外皮的长度，但是由于在光缆施工过程中，光缆在地下沟中随机弯曲且光缆接头位置一般存有一定长度的盘留，导致光缆的外皮长度大于光缆埋设对应的地面长度，因此需要精确定位光缆奇异点对应的地面位置。

2、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种通信光缆奇异点定位装置和方法。

3、本发明实施例提供一种通信光缆奇异点定位装置，包括：依次相连的光源装置、光开关、光调制器、光纤放大器、环形器、光滤波器、光电探测器和采集处理模块；

4、所述环形器用于使经过光纤放大器放大后的脉冲激光信号输入至待测光缆，在待测光缆中激发产生的散射光信号输入至光滤波器；

5、所述光源装置包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，分别对应用于在待测光缆中激发产生相干瑞利散射光、拉曼散射光和非相干瑞利散射光，其中各散射光的波长相同；

6、所述采集处理模块，用于基于采集的相干瑞利散射电信号、拉曼散射电信号和非相干瑞利散射电信号分别对应生成第一信号数组、第二信号数组和第三信号数组；基于第二信号数组确定温度突变点或光缆物理参数突变点，基于第三信号数组确定光缆衰减点；基于第一信号数组的初始索引与奇异点对应的数组索引，动态校正第一激光器发生地面振动事件的位置，基于所述位置定位奇异点对应的地面位置，所述奇异点包括温度突变点、光缆物理参数突变点和光缆衰减点。

7、在一些可选的实施例中，所述采集处理模块中，基于第二信号数组确定温度突变点或光缆物理参数突变点，基于第三信号数组确定光缆衰减点，具体包括：

8、对第二信号数组进行差分处理，得到第二差分信号；在所述第二差分信号中基于预设的非线性突变阈值确定温度突变点或光缆物理参数突变点；

9、对第三信号数组进行差分处理，得到第三差分信号；在所述第三差分信号中基于预设的衰减突变阈值确定光缆衰减点。

10、在一些可选的实施例中，所述采集处理模块中，基于第一信号数组的初始索引与奇异点对应的数组索引，动态校正第一激光器发生地面振动事件的位置，基于所述位置定位奇异点对应的地面位置，具体包括：

11、对第一信号数组的初始索引和奇异点对应的信号数组索引的差值进行判断；

12、若所述第一信号数组的初始索引和奇异点对应的信号数组索引的差值为0，则所述第一信号数组对应的地面振动事件的位置为奇异点对应的地面位置；

13、若所述第一信号数组的初始索引和奇异点对应的信号数组索引的差值不为0，则对第一激光器发生地面振动事件的位置进行调整，直至在调整位置处获得的第一信号数组的初始索引与所述奇异点对应的信号数组的索引差值为0，则该位置为奇异点的地面位置。

14、在一些可选的实施例中，所述采集处理模块中，还包括基于确定的温度突变点、光缆物理参数突变点和光缆衰减点判断待测光缆的状态。

15、在一些可选的实施例中，所述采集处理模块中，基于确定的温度突变点、光缆接头点和光缆衰减点判断待测光缆的状态，具体包括：

16、基于确定的温度突变点或光缆物理参数突变点组成第一奇异点集合，基于确定的光缆衰减点组成第二奇异点集合；

17、若某奇异点存在于第一奇异点集合中，不存在于第二奇异点集合中，则表示该点为待测光缆的接头处，但接头处没有发生衰减；

18、若某奇异点既存在于第一奇异点集合中，也存在于第二奇异点集合中，则表示该点的光缆出现损坏。

19、本发明实施例还提供一种通信光缆奇异点定位方法，基于如上所述的定位装置实现，包括：

20、通过光开关切换光源装置中的各激光器；

21、当接入的激光器为第二激光器时，采集处理模块采集到拉曼散射电信号并生成第二信号数组，基于所述第二信号数组确定温度突变点或光缆物理参数突变点；

22、当接入的激光器为第三激光器时，采集处理模块采集到非相干瑞利散射电信号并生成第三信号数组，基于所述第三信号数组确定光缆衰减点；

23、基于确定的奇异点对应的信号数组索引，选择在地面发生振动事件的初始位置，并通过光开关切换光源装置为第一激光器，则采集处理模块采集到相干瑞利散射电信号并生成第一信号数组；

24、基于奇异点对应的数组索引和所述第一信号数组的初始索引，动态校正第一激光器发生地面振动事件的位置，基于所述位置定位奇异点的地面位置。

25、在一些可选的实施例中，所述基于所述第二信号数组确定温度突变点或光缆物理参数突变点，基于所述第三信号数组确定光缆衰减点，包括：

26、对所述第二信号数组进行差分处理，得到第二差分信号；在所述第二差分信号中基于预设的非线性突变阈值确定温度突变点或光缆物理参数突变点；

27、对所述第三信号数组进行差分处理，得到第三差分信号；在所述第三差分信号中基于预设的衰减突变阈值确定光缆衰减点。

28、在一些可选的实施例中，所述基于确定的奇异点对应的信号数组索引，选择在地面发生振动事件的初始位置，包括：

29、基于确定的奇异点对应的信号数组索引得到奇异点对应的光缆外皮长度，在地面选择距离光缆起点小于所述光缆外皮长度的距离处，作为发生振动事件的初始位置。

30、在一些可选的实施例中，所述基于奇异点对应的数组索引和所述第一信号数组的初始索引，动态校正第一激光器发生地面振动事件的位置，基于所述位置定位奇异点的地面位置，包括：

31、对所述第一信号数组的初始索引和待定位奇异点对应的信号数组的索引的差值进行判断，若所述差值不为0，则调整地面发生振动事件的位置；

32、直至所述差值为0，则所述第一信号数组对应的地面振动事件的位置为奇异点的地面位置。

33、在一些可选的实施例中，还包括：基于确定的温度突变点、光缆物理参数突变点和光缆衰减点判断待测光缆的状态。

34、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：本发明实施例提供的通信光缆奇异点定位装置，在光源装置的设计中，通过三个激光器分别获取到第一信号数组对应的振动信号、第二信号数组对应的温度或光缆物理参数突变信号、以及第三信号数组对应的衰减信号，实现多维数据采集；同时保证所有散射光波长相同，以确保各散射光在光纤中的传播速度一致，消除相同物理位置的反射信号在到达时间上的差异，能够显著降低定位误差，提升精度；

35、该装置还集成了光开关和光调制器，实现快速切换光源装置并生成脉冲信号，结合光纤放大器，增强探测距离与灵敏度；还包括环形器、光滤波器和光电探测器，环形器能够精确控制光路方向，光滤波器能够滤除干扰波长，提升信号纯净度，减少噪声影响；光电探测器能够实时将光信号转换为电信号并数字化，提高数据分析效率；

36、在采集处理模块中，通过第二信号数组和第三信号数组分别确定各奇异点，通过奇异点对应的数组索引和所述第一信号数组的初始索引的动态校准，精准定位奇异点的地面位置。

37、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

38、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。