[发明专利]多频探测光相干光时域反射仪方法和装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于光通信线路故障定位的相干光时域反射仪，尤其是用于长距离、多中继放大的海底通信光缆健康监测的相干光时域反射仪。

背景技术：

近年来，随着全球信息量的增加，海底光缆通信系统已经成为越洋通信的最重要方式，承担着绝大部分的数据量传输。由于海缆系统地处深海，易受海底地质变化及人为因素的破坏，维护相当费时和昂贵，因而必须有一种监测手段实时监测海缆的健康状态，能识别潜在的或已发生的事件位置和事件类型，这样为海缆系统维护提供准确的信息。相干光时域反射仪是目前成熟的海缆系统监测技术，它的基本原理是将探测光脉冲发射到海缆光纤对中的下行光纤，利用光纤对之间的回路，探测脉冲在下行光纤中产生背向瑞利散射信号被部分耦合到上行光纤，并最终传输回反射仪的测试输入端，然后利用相干检测技术，测量出背向瑞利散射的功率分布，从而判断出整条海缆的健康状况，有效识别出线路放大器的增益，光纤损耗，光反射或光纤断点等事件大小及位置。

目前，商用的相干光时域反射仪（COTDR）使用单频窄线宽探测脉冲，相干探测只是产生单个中频信号，通过检测该中频信号的功率变化，可获得整条光纤线路的健康分布。由于相干探测技术必须使用窄线宽的光源，容易产生相干瑞利噪声，该噪声会引起测试结果的波动，从而降低事件识别的分辨率。消除相干瑞利噪声的有效办法就是进行多次独立的测试，并对这些测量结果进行平均，这样就可以降低噪声大小。另外，由于线路会积累很强大的放大自发辐射噪声，测量信噪比很小，所以为了提高测量的动态范围，也需要多次平均测试结果。但是，由于海缆线路很长，例如8000km的线路，单次测量时间就达80毫秒，测试一般需要2¹⁶平均次数，那么总测量时间高达1.5小时甚至更长时间，测量时间很长，实时性差。尤其在高精度测量时，平均次数更多，测量时间会更长。 

如何有效提升COTDR的动态范围、降低衰落噪声、提高测量速度都是COTDR研究的重要内容。增加入射脉冲的峰值功率可以提升动态范围，但是功率大小会受到光纤受激布里渊散射非线性效应的限制，同时考虑到线路正常运行对脉冲功率的限制，该方法动态范围提升有限。通过脉冲编码的方式，也可以增加测试的动态范围，但这会急剧地增加系统信号处理的时间，该方法几乎不适用于长距离海底光缆监测。 

此外，增加测量样本数及平均次数也能有效提升动态范围、降低噪声和提高测量速度。国外已经进行了利用不同频率探测光脉冲序列作为探测光脉冲的相干光时域反射仪的研究，他们使用不同大小的注入电流脉冲序列来调谐半导体激光器的输出光频率，就可以产生不同频率探测光脉冲序列。这些不同频率脉冲序列在测试光纤内产生的背向瑞利散射信号与单一频率本振相干后，会产生多个中频信号，但是中频信号之间会有与脉冲序列相对应的时延，时间上并不同步。随后对每个中频进行处理，最终合成测量结果。相对传统的单频COTDR，这里的每一个中频信号就对应一个单频COTDR，多路中频信号对应多个单频COTDR，所以多频脉冲序列COTDR能有效提升测量的动态范围，降低衰落噪声，并提高测量速度。但是，由于不同的中频信号会出现时延，所以该方案会带来额外盲区这个缺点。而且，由于必须在超长的测量时间内保持探测光频率的稳定性，利用注入电流精确控制光源频率也是非常困难的，需要对激光器及其控制电路进行精密的设计。 

发明内容：       

本发明目的是，为了提升相干光时域反射仪的性能和测量效率，本发明提出多频探测光相干光时域反射仪方法和装置。

发明的技术方案如下： 

多频探测光相干光时域反射仪的方法，所述方法包括：

将连续形式的多频光调制成同步的多频探测光脉冲，并注入到被测光纤；

将所述的同步多频探测光脉冲在被测光纤中产生的多频背向散射信号与本振光进行相干，产生多个中频信号；

对所述的多个中频信号进行处理，得到测试结果。

所述的方法还包括：同时输入与多频探测光脉冲互补的互补光脉冲，以消除光路放大器的浪涌。 

所述的连续形式多频光是单频激光经相位调制而产生的多频光、多波长激光输出的多频光或多个独立的激光组合而成的多频光。 

对所述的多个中频信号进行处理，得到测试结果，具体包括： 

对多个中频信号进行放大，然后对多个中频信号进行采样，通过数字信号处理获得每个中频信号，最后合成所有的中频信号，得到测试光路的损耗分布；