本發(fā)明涉及光纖傳感，更具體地，涉及一種應用于電力架空光纜的雙端光學雷擊定位方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前應用于電力架空光纜的雷擊定位方法主要有單端環(huán)回法、基于連續(xù)光偏振態(tài)檢測的雙端法和單端偏振光時域反射法三種。

2、1)單端環(huán)回法通過連續(xù)光信號在電力架空光纜內(nèi)往返兩次遭遇雷擊偏振態(tài)變化的時間差推算雷擊位置，其主要優(yōu)點是無需廣域時間同步，部署成本較低；其主要缺點是存在測量盲區(qū)，要縮短測量盲區(qū)就要在環(huán)回點傳入延時光纖，這會縮短測量距離。

3、2)基于連續(xù)光偏振態(tài)檢測的雙端法利用電力架空光纜中兩根獨立的光纖分別同步傳輸兩路連續(xù)光信號，光纖兩端均有光接收機與光發(fā)射機，利用兩次測量過程中雷擊導致偏振態(tài)變化的時間差確定雷擊位置，其主要優(yōu)點是沒有測量盲區(qū)且測量距離較遠；其主要缺點是需要廣域時間同步，部署成本較單端環(huán)回法翻倍。

4、3)單端偏振光時域反射法利用在光纖同一端的光發(fā)射和光接收裝置發(fā)射脈沖偏振光并接收光纖各處反射回的瑞利散射光，通過檢測各點瑞利散射光的偏振態(tài)變化情況尋找雷擊導致偏振態(tài)突變的位置從而實現(xiàn)雷擊定位，其主要優(yōu)點是無需廣域時間同步，運營維護成本較低；其主要缺點是測量距離較短。

5、目前基于電力架空光纜的雷擊定位方法中尚沒有能夠在無需廣域時間同步前提下實現(xiàn)無測量盲區(qū)、測量距離較長且運營維護成本低的方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種應用于電力架空光纜的雙端雷擊定位方法和系統(tǒng)，旨在在無需廣域時間同步的前提下，實現(xiàn)應用于電力架空光纜的無測量盲區(qū)、測量距離較長且部署成本低的雷擊定位。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種應用于電力架空光纜的雙端光學雷擊定位方法，所述電力架空光纜包括若干條光纖，包括以下步驟：

4、將第一脈沖偏振光輸入電力架空光纜一端的第一光纖中進行傳輸；

5、在所述第一脈沖偏振光發(fā)射間隔一定時間后，將第二脈沖偏振光輸入所述電力架空光纜另一端的第二光纖中進行傳輸；

6、由第一和第二對向傳輸?shù)拿}沖偏振光信號構(gòu)成一組雙端探測用的脈沖偏振光信號；

7、遭遇雷擊的電力架空光纜周圍形成強磁場，所述第一和第二脈沖偏振光在傳輸經(jīng)過受到雷擊的光纜時，由于法拉第旋光效應分別發(fā)生偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)；

8、在所述第一和第二光纖的發(fā)射端分別探測第一和第二脈沖偏振光對應的瑞利散射光的偏振態(tài)，分別構(gòu)建第一和第二偏振光時域反射曲線，分別獲取第一和第二脈沖偏振光對應的瑞利散射光偏振態(tài)的突變點位置，分別實現(xiàn)單端雷擊點定位；

9、利用所述第一和第二脈沖偏振光的發(fā)射時間、瑞利散射光偏振態(tài)突變時刻和突變位置建立雙端定位方程組，求解所述雙端定位方程組獲得實際的雷擊定位點，實現(xiàn)精確雷擊定位。

10、優(yōu)選地，當所述第一脈沖偏振光到達第一光纖末端時，將第三脈沖偏振光輸入所述電力架空光纜另一端的第三光纖中進行傳輸；

11、當所述第二脈沖偏振光到達第二光纖末端時，將第四脈沖偏振光輸入所述電力架空光纜一端的第四光纖中進行傳輸；

12、由第三和第四對向傳輸?shù)拿}沖偏振光信號構(gòu)成下一組雙端探測用的脈沖偏振光信號，確保電力架空光纜內(nèi)各處始終存在脈沖偏振光瑞利散射光信號，從而實現(xiàn)實時的精確雷擊定位，避免測量盲區(qū)的出現(xiàn)。

13、優(yōu)選地，設(shè)t0時刻第一脈沖偏振光由第一光纖進入電力架空光纜中傳輸，t時刻在第一光纖發(fā)射端接收瑞利散射光信號，根據(jù)計算該瑞利散射光信號對應的瑞利散射點的位置，其中，lt為接收信號對應的瑞利散射點距脈沖偏振光發(fā)射端的距離，v為脈沖偏振光在光纖內(nèi)的光速；

14、設(shè)雷擊在距離第一光纖發(fā)射端l0的位置處發(fā)生，光纖總長度為l，此時第一脈沖偏振光到達距離第一光纖發(fā)射端l1'處，t1時刻在第一光纖入射端接收到偏振態(tài)受雷擊產(chǎn)生磁場影響的瑞利散射光信號，根據(jù)計算第一脈沖偏振光探測到的單端雷擊點位置，其中l(wèi)1是第一脈沖偏振光的單端探測雷擊點距離第一光纖發(fā)射端的距離；t2時刻第二脈沖偏振光由第二光纖進入電力架空光纜中與第一脈沖偏振光對向傳輸，此時第二脈沖偏振光到達距離第二光纖發(fā)射端l2'處，t3時刻在第二光纖入射端接收到偏振態(tài)受雷擊產(chǎn)生磁場影響的瑞利散射光信號，根據(jù)計算第二脈沖偏振光探測到的單端雷擊點位置，其中l(wèi)2是第二脈沖偏振光的單端探測雷擊點距離第二光纖發(fā)射端的距離。

15、優(yōu)選地，若對向傳輸?shù)膬蓚€脈沖偏振光探測到的單端雷擊點位置重合，則實際雷擊定位點l0為l0＝l1或l0＝l2；

16、若對向傳輸?shù)膬蓚€脈沖偏振光探測到的單端雷擊點位置不重合，則建立以下雙端定位方程組：

17、

18、其中，δt為第一和第二脈沖偏振光信號之間的發(fā)射時間差，δt＝t2-t0；c為真空中的光速，n為光纖纖芯折射率；

19、求解所述雙端定位方程組獲取實際雷擊定位點l0，從而實現(xiàn)精確雷擊定位。

20、優(yōu)選地，當l1+l2＝l時，對向傳輸?shù)膬蓚€脈沖偏振光探測到的單端雷擊點位置重合；

21、當l1+l2>l時，對向傳輸?shù)膬蓚€脈沖偏振光探測到的單端雷擊點位置不重合。

22、本發(fā)明還提供一種應用于電力架空光纜的雙端光學雷擊定位系統(tǒng)，包括：

23、第一～第四脈沖偏振光產(chǎn)生模塊，分別用于產(chǎn)生第一～第四脈沖偏振光，對應輸入第一～第四光纖；

24、第一～第四偏振態(tài)檢測模塊，分別用于探測第一～第四脈沖偏振光瑞利散射光的偏振態(tài)，并找到偏振光時域反射曲線偏振態(tài)突變位置實現(xiàn)單端雷擊點定位；

25、第一～第四環(huán)形器，每個所述脈沖偏振光產(chǎn)生模塊分別與對應環(huán)形器的第一端連接，所述環(huán)形器的第二端與電力架空光纜中對應的光纖相連，所述環(huán)形器的第三端連接對應的偏振態(tài)檢測模塊；

26、第一和第二觸發(fā)模塊，分別用于在當前脈沖偏振光傳輸至光纖末端時產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)向當前脈沖偏振光對向傳輸?shù)拿}沖偏振光發(fā)射。

27、優(yōu)選地，每個所述脈沖偏振光模塊均包括脈沖激光器和偏振控制器，所述脈沖激光器產(chǎn)生的脈沖光經(jīng)過所述偏振控制器后轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖偏振光。

28、優(yōu)選地，每個所述偏振態(tài)檢測模塊包括依次連接的偏振態(tài)檢測裝置、瑞利散射光電探測器和信號處理器，所述偏振態(tài)檢測裝置探測到瑞利散射光后，經(jīng)過瑞利散射光電探測器轉(zhuǎn)換為瑞利散射光的電信號并傳輸至信號處理器，所述信號處理器對瑞利散射光的電信號進行處理，得到potdr曲線；

29、利用所述potdr曲線上的偏振態(tài)突變點完成單端雷擊點定位，利用對向傳輸?shù)膬蓚€脈沖偏振光探測到的偏振態(tài)突變點通過求解雙端定位方程實現(xiàn)精確雷擊定位。

30、優(yōu)選地，每個所述觸發(fā)模塊均包括脈沖偏振光電探測器和觸發(fā)電路，所述脈沖偏振光電探測器用于探測脈沖偏振光產(chǎn)生的電信號；

31、所述脈沖偏振光產(chǎn)生的電信號經(jīng)由觸發(fā)電路傳輸至待發(fā)射脈沖偏振光的脈沖偏振光產(chǎn)生模塊，所述脈沖偏振光產(chǎn)生模塊受所述觸發(fā)電路控制發(fā)射脈沖偏振光。

32、優(yōu)選地，一個探測周期內(nèi)包括兩個對向傳輸?shù)拿}沖偏振光，所述探測周期t為其中，l為光纖總長度，n為光纖纖芯折射率，c為真空中的光速，δt為一組對向傳輸?shù)拿}沖偏振光信號之間的發(fā)射時間差；

33、所述系統(tǒng)中的光纖總長度l滿足其中，τ為雷擊形成磁場的弛豫時間。

34、在發(fā)明的系統(tǒng)中，當?shù)谝幻}沖偏振光到達第一光纖末端時，第一脈沖偏振光電探測器接收第一脈沖偏振光信號，并向第三脈沖激光器發(fā)射第一觸發(fā)信號，第三脈沖激光器接收到第一觸發(fā)信號后向第三光纖發(fā)射與第二脈沖偏振光同向傳輸?shù)牡谌}沖偏振光；

35、當?shù)诙}沖偏振光到達第二光纖末端時，第二脈沖偏振光電探測器接收第二脈沖偏振光信號，并向第四脈沖激光器發(fā)射第二觸發(fā)信號，第四脈沖激光器接收到第二觸發(fā)信號后向第四光纖發(fā)射與第一脈沖偏振光同向傳輸?shù)牡谒拿}沖偏振光；

36、當?shù)谌偷谒拿}沖偏振光分別傳輸至第三和第四光纖末端時，此時第一和第二脈沖激光器恰好進入下一探測周期，分別重新發(fā)射下一組第一和第二脈沖偏振光；

37、四條光纖與四套potdr收發(fā)設(shè)備以上述方式循環(huán)探測，從而確保電力架空光纜中同時存在兩個對向傳輸?shù)拿}沖偏振光信號，且光纜各處均被探測光脈沖的瑞利散射光覆蓋，從而實現(xiàn)電力架空光纜的精確雷擊定位。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

39、本發(fā)明提供一種應用于電力架空光纜的雙端光學雷擊定位方法和系統(tǒng)，本發(fā)明所提供的應用于電力系統(tǒng)中電力架空光纜的雙端雷擊定位技術(shù)的基本原理是基于光信號遭遇雷擊后偏振態(tài)發(fā)生明顯變化實現(xiàn)單端雷擊定位和利用對向傳輸?shù)拿}沖偏振光探測單端雷擊定位點建立雙端定位方程組求解實際雷擊定位點從而實現(xiàn)精確雷擊定位；

40、本發(fā)明具有以下有益效果：

41、1)與傳統(tǒng)的單端環(huán)回雷擊定位法相比，本發(fā)明的雙端雷擊定位方法和系統(tǒng)無測量盲區(qū)且測量精度更高；單端環(huán)回雷擊定位法存在盲區(qū)的原因是當雷擊點靠近環(huán)回點時兩次偏振態(tài)變化的時間差可能過小導致二者在時域上幾乎重合無法區(qū)分，本發(fā)明中基于potdr的雙端雷擊定位方法是根據(jù)光纖中各處的瑞利散射光實現(xiàn)雷擊定位，其空間分辨率可達一米，遠遠超過雷擊定位精度要求，且無需利用兩次偏振態(tài)變化的時間差進行雷擊定位，因此測量精度高且不存在測量盲區(qū)。

42、2)與基于連續(xù)光偏振態(tài)檢測的雙端雷擊定位法相比，本發(fā)明的雷擊定位方法和系統(tǒng)無需廣域時間同步，運營維護成本低；本發(fā)明中基于potdr的雙端雷擊定位方法中，脈沖偏振光通過觸發(fā)電路控制間隔一定時間發(fā)射，兩個從對端發(fā)射的脈沖偏振光的發(fā)射時間間隔取決于觸發(fā)電路的響應時間，是固定值，因此不需要像基于連續(xù)光偏振態(tài)檢測的雙端法一樣兩端每次發(fā)射光信號時必須保證時間同步才能利用兩端接收到的偏振態(tài)變化時間差進行雷擊定位，確保兩發(fā)射端保持時間同步的運營維護成本很高，因此從無需廣域時間同步的角度，本發(fā)明中的雙端potdr雷擊定位法運營維護成本較低，便于大規(guī)模推廣應用。