一種復(fù)合型光纖通信線路故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖通信線路故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，尤 其涉及一種適用于長(zhǎng)距離、多中繼放大的海底通信光纜健康監(jiān)測(cè)的新復(fù)合型光纖通信線路 故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的光纖通信線路故障監(jiān)測(cè)通常是使用光時(shí)域反射儀(0TDR)或相干光時(shí)域反 射儀(C0TDR)，且C0TDR尤其適用于長(zhǎng)距離、多中繼放大的海底通信光纜健康監(jiān)測(cè)。
[0003] 以上兩種技術(shù)通常是光源端發(fā)射探測(cè)光脈沖，通過監(jiān)測(cè)反射/散射回探測(cè)端光信 號(hào)的功率來得到故障點(diǎn)的距離、損耗等參數(shù)信息。當(dāng)光纖通信線路距離較長(zhǎng)、中繼較多時(shí)， 需要的探測(cè)脈沖周期也相對(duì)變大，如果想獲得較高的空間分辨率，脈寬又需盡可能的小，對(duì) 于長(zhǎng)距離海底通信光纜來說，其需要的探測(cè)光脈沖的占空比極小，以1.2萬公里的海底光纜 為例，脈沖周期至少需120毫秒，分辨率是1公里時(shí)脈寬為10微秒，占空比不足萬分之一。可 見探測(cè)系統(tǒng)中非噪聲基底信號(hào)的缺失時(shí)間是相當(dāng)長(zhǎng)的，而線路中通常會(huì)在幾十公里至一百 公里左右使用一個(gè)摻鉺光纖放大器作為中繼放大器，低占空比的光脈沖在摻鉺光纖放大器 (EDFA)中被放大時(shí)，會(huì)由于EDFA的瞬態(tài)效應(yīng)而形成嚴(yán)重的光浪涌，從而導(dǎo)致光脈沖嚴(yán)重變 形，這種畸變極有可能擊毀H)FA。
[0004] 對(duì)于光浪涌的抑制，1995年，Shin-ichi Furukawa,等人提出的使用互補(bǔ)填充光脈 沖的方法，探測(cè)光脈沖和填充光脈沖分別對(duì)應(yīng)各自的激光器和脈沖調(diào)制器，再利用光耦合 器或波分復(fù)用器將二者合為一路準(zhǔn)連續(xù)光，這種準(zhǔn)連續(xù)光能很好地抑制光浪涌，但是系統(tǒng) 中填充光脈沖的信號(hào)僅僅只能抵制光浪涌，不能作為探測(cè)信號(hào)使用，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說實(shí) 屬資源浪費(fèi);2004年，Evangel ides Stephen等人提出一種基于頻率脈沖掃頻的相干光時(shí)域 反射儀方案，該方法中脈沖的頻率隨時(shí)間不斷變化但光功率是不變的，這種光信號(hào)打入光 纖線路后也可以抑制EDFA的瞬態(tài)效應(yīng)從而避免光浪涌，但因頻率脈沖是變化的，為使探測(cè) 光與本振光產(chǎn)生的相干中頻信號(hào)穩(wěn)定，因此本振光的頻率也相應(yīng)改變，另外，掃頻并未改變 激光的連續(xù)性和激光線寬，該連續(xù)光的布里淵閾值很低，會(huì)限制頻率脈沖的峰值功率從而 限制C0TDR的，波長(zhǎng)的連續(xù)掃描控制，使系統(tǒng)的成本也較昂貴。2013年，呂立冬等人提出基于 探測(cè)頻率編碼的相干光時(shí)域反射儀，它利用同一光源獲得探測(cè)光和填充光以及頻率恒定的 本振光，而且探測(cè)光頻率被按時(shí)序編碼，從而提升測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。但此方法對(duì)脈沖調(diào)制技 術(shù)及后期數(shù)據(jù)處理技術(shù)要求較高，特別是后期數(shù)據(jù)處理過程中因需要解碼，數(shù)據(jù)處理時(shí)間 較長(zhǎng)，降低了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的是，提出一種高靈敏度的新復(fù)合型分布式光纖 通信線路故障監(jiān)測(cè)方法，并基于這種方法提出一種融合相干光時(shí)域反射儀和混沌光時(shí)域反 射儀的復(fù)合型分布式光纖通信線路故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的所述新復(fù)合型光纖通信線路故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)是指一套系統(tǒng)可以同 時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種測(cè)量方案，一種是基于相干探測(cè)的分布式光時(shí)域傳感方法（以下簡(jiǎn)稱相干光時(shí) 域反射儀），另一種是基于混沌光信號(hào)的分布式光時(shí)域傳感方法（以下簡(jiǎn)稱混沌光時(shí)域反射 儀）。系統(tǒng)中的混沌探測(cè)光信號(hào)既是探測(cè)信號(hào)又是C0TDR的填充光，可充分抵制EDFA瞬態(tài)效 應(yīng)造成的光浪涌，并且此方法不影響系統(tǒng)測(cè)量的速度和動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)可獲得兩種方案的 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種復(fù)合型光纖通信線路故障檢測(cè)方 法及系統(tǒng)，包括主激光器模塊（1)、第一光耦合器(2)、第二光耦合器(3)、脈沖調(diào)制+擾偏控 制模塊(4)、混沌激光信號(hào)生成控制模塊（5)、第三光耦合器（6)、第一波分復(fù)用器(WDM1)
[7] 、摻鉺光纖放大器(EDFA)(8)、環(huán)形器(9)、多中繼待測(cè)光纖通信線路(10)、第二波分復(fù)用 器(WDM2)(11)、第四光耦合器（12)、平衡光電探測(cè)器模塊（13)、第一光電探測(cè)器模塊（14)、 第二光電探測(cè)器模塊(15)、數(shù)據(jù)采集模塊(16)、數(shù)據(jù)分析處理模塊(17)和顯示裝置(18);
[0008] 光路連接方式如下:主激光器模塊（1)的輸出端口接包含1個(gè)輸入端口、2個(gè)輸出端 口的第一光親合器(2)的輸入端口，第一光親合器(2)的第1輸出端口接包含1個(gè)輸入端口、2 個(gè)輸出端口的第二光親合器(3)的輸入端口，第二光親合器(3)的第1輸出端口接包含2個(gè)輸 入端口、2個(gè)輸出端口的第四光親合器（12)的第1輸入端口，第二光親合器(3)的第2輸出端 口接脈沖調(diào)制+擾偏控制模塊(4)的輸入端口，脈沖調(diào)制+擾偏控制模塊(4)的輸出端口接包 含2個(gè)輸入端口、1個(gè)輸出端口的第一波分復(fù)用器(WDM1) (7)的第1輸入端口；第一光親合器 (2)的第2輸出端口接混沌激光信號(hào)生成控制模塊(5)的輸入端口，混沌激光信號(hào)生成控制 模塊(5)的輸出端口接包含1個(gè)輸入端口、2個(gè)輸出端口的第三光耦合器(6)的輸入端口，第 三光親合器(6)的第1輸出端口接第一光電探測(cè)器模塊（14)的輸入端口，第三光親合器(6) 的第2輸出端口接第一波分復(fù)用器(WDM1) (7)的第2輸入端口；第一波分復(fù)用器(WDM1) (7)的 輸出端口接H)FA(8)的輸入端口，EDFA(8)的輸出端口接環(huán)形器(9)的第1端口，環(huán)形器(9)的 第2端口接多中繼待測(cè)光纖通信線路(10 )，環(huán)形器(9)的第3端口接包含1個(gè)輸入端口、2個(gè)輸 出端口的第二波分復(fù)用器(WDM2) (11);第二波分復(fù)用器(WDM2) (11)的第1輸出端口與第四 光耦合器（12)的第2輸入端口相連，第四光耦合器（12)的兩路輸出端分別接平衡光電探測(cè) 器模塊（13)的兩個(gè)光耦合輸入端;平衡光電探測(cè)器模塊(13)的差分輸出端口連接數(shù)據(jù)采集 模塊(16)的第1輸入端口；第二波分復(fù)用器(WDM2) (11)的第2輸出端口與第二光電探測(cè)器模 塊(15)相連;第一、第二光電探測(cè)器模塊的輸出端口分別接數(shù)據(jù)米集模塊(16)的第2、3輸入 端口；數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端連接數(shù)據(jù)分析處理模塊（17);數(shù)據(jù)分析處理模塊（17)的輸出 端口連接顯示裝置(18)。
[0009] 進(jìn)一步，系統(tǒng)基于波分復(fù)用器WDM的復(fù)用與解復(fù)用功能及混沌激光信號(hào)生成控制 模塊(5)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種傳感:基于相干探測(cè)的分布式光時(shí)域傳感方法及系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱相 干光時(shí)域反射儀)和基于混沌光源的分布式光時(shí)域傳感方法及系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱混沌光時(shí)域 反射儀）。其中，主激光器模塊的輸出信號(hào)除用于生成混沌激光信號(hào)外，還作為相干光時(shí)域 反射儀的探測(cè)光源使用。
[0010] 進(jìn)一步，系統(tǒng)中混沌激光信號(hào)生成控制模塊(5)中包含副激光器模塊、偏振控制器 模塊、隔離器模塊、環(huán)形器模塊和放大器模塊，用于產(chǎn)生混沌激光信號(hào)。
[0011] 進(jìn)一步，系統(tǒng)中主激光器模塊（1)的輸出信號(hào)與混沌激光信號(hào)生成控制模塊(5)所 生成的混沌激光信號(hào)的波長(zhǎng)范圍均位于光通信波段范圍內(nèi)，主激光器模塊的輸出波長(zhǎng)與混 沌激光信號(hào)生成控制模塊中的副激光器模塊的輸出波長(zhǎng)存在波長(zhǎng)差，此波長(zhǎng)差可通過WDM 區(qū)分開來。
[0012]進(jìn)一步，系統(tǒng)中的第一波分復(fù)用器(WDM1) (7)將脈沖調(diào)制+擾偏控制模塊(4)輸出 的探測(cè)信號(hào)與第三光耦合器(6)的第2輸出端口輸出的探測(cè)信號(hào)合波后經(jīng)環(huán)形器(9)送至待 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或經(jīng)H)FA放大后再經(jīng)環(huán)形器(9)送至多中繼監(jiān)測(cè)光纖通信線路（10)。
[0013] 進(jìn)一步，系統(tǒng)中的第二波分復(fù)用器(WDM2)(11)將相干光時(shí)域反射儀的監(jiān)測(cè)信號(hào)與 混沌光時(shí)域反射儀的監(jiān)測(cè)信號(hào)分離后分別送至第四光耦合器（12)和第二光電探測(cè)器模塊 (15) 〇
[0014] 當(dāng)系統(tǒng)用于測(cè)量多中繼光纖通信線路時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有三點(diǎn)調(diào)整，一是環(huán)形器(9)不 再使用，二是第一波分復(fù)用器(WDM1) (7)輸出端口接或經(jīng)EDFA(8)放大后接待測(cè)光纖通信線 路（10)的下行鏈路，三是第二波分復(fù)用器(WDM2)(11)的輸入端口接待測(cè)光纖通信線路（10) 的上行鏈路。
[0015] 基于相干探測(cè)的分布式光時(shí)域傳感方法和基于混沌光源的分布式光時(shí)域傳感方 法同時(shí)實(shí)現(xiàn)：
[0016] 主激光器模塊(1)發(fā)射的信號(hào)被第一光親合器(2)分成兩路；
[0017] 第一光親合器(2)的第一路輸出被第二光親合器(2)分為直流參考光和探測(cè)光信 號(hào)兩路;第一光耦合器的第2路輸出接到混沌激光信號(hào)生成控制模塊(5);
[0018] 第二光耦合器(3)輸出的探測(cè)光(第2路輸出）被脈沖調(diào)制+擾偏控制模塊(4)調(diào)制 成探測(cè)光脈沖，第二光耦合器(3)輸出的參考光(第1路輸出）接第四光耦合器(12)的其中第 1輸入端；
[0019]主激光器模塊（1)與混沌激光信號(hào)生成控制模塊(5)生成的混沌光信號(hào)進(jìn)入第三 光親合器(6);
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