[发明专利]基于高速互补格雷码的高空间分辨率OTDR装置及方法

说明书

本发明属于光纤时域反射测量领域；具体为一种基于高速互补格雷码的高空间分辨率OTDR的装置及方法，利用高速互补格雷码作为调制信号，经驱动电路直接调制分布反馈激光器输出宽带、稳定且无明显周期性的混沌激光作为探测光，以实现光纤故障的高精度诊断；利用低速模数转换器降低ADC速率并达到很好的探测效果，利用快速Hadamard变换模块快速计算互相关；所设计的混沌OTDR结构简单、性能稳定且成本低廉，有利于实现集成化和产品化，可满足实际工程应用中的需求。

技术领域

本发明涉及光纤时域反射测量技术领域，具体为一种基于高速互补格雷码的高空间分辨率OTDR的装置及方法。

背景技术

光纤故障检测是光纤传输系统的基本要求。通常，商用光纤故障定位系统都是基于光时域反射仪（OTDR）。光时域反射仪（OTDR，optical time domain reflectometer）是国际电信联盟推荐的光纤故障检测方法，利用探测光在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅耳反射所产生的背向散射光信号得到被测光纤的衰减、断点等信息。OTDR可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。但是，该技术必须在空间分辨率和动态范围之间进行折衷。由于没有昂贵且复杂的超短脉冲激光器，传统的OTDR采用激光单脉冲作为探测光，技术成熟且结构简单，但空间分辨率会随着测量距离的增加而降低，只能达到几米甚至几十米。分辨率决定OTDR所能区分的两个点间最小距离，分辨率越高定位故障点越准确。信噪比决定了OTDR在一定平均次数下所能测量的最大距离。测量的分辨率取决于脉冲宽度。另一方面，激光器的峰值功率有限，为了提高入射光脉冲的能量只能采用增加光脉冲宽度的方法，这又会带来分辨率的下降，因此使用单脉冲的OTDR的分辨率和信噪比是相互制约的。

随着多节点、小型化光纤网络的飞速发展，OTDR需要实现更高的空间分辨率，以满足密集型光纤网络的故障定位。因此，基于超短光脉冲、光子计数和伪随机码的OTDR被相继提出。超短光脉冲技术虽然可以提高OTDR的空间分辨率，但其测量范围短、信噪比（SNR）低，而且装置昂贵、复杂；光子计数OTDR在保证空间分辨率的前提下增加了动态范围，但其测试时间长，且需要对测试数据进行修正，限制了其在实际中的应用；伪随机码调制的OTDR通过增加码长的方式增大测量距离，且不会影响空间分辨率，然而有限的码长限制了其动态范围或测量距离的进一步增加。

混沌光时域反射仪具有优于上述方法的优势，因为它的测距能力约为几公里，分辨率为厘米。混沌光时域反射仪（COTDR，chaos OTDR）利用连续的宽带混沌激光作为探测信号，通过对参考信号和回波信号进行互相关处理，可实现与探测距离无关的高精度光纤故障定位。然而，光反馈混沌激光产生装置均是由分离的光学器件组成，尺寸大且输出混沌光质量不理想。究其原因：一方面，激光器作为非线性光学器件对反馈光的强度和偏振态非常敏感，导致产生的混沌光易受外部因素干扰，不易持续稳定输出；另一方面，由于延迟反馈腔的存在导致上述结构产生的混沌激光存在弱周期性，即其相关曲线上具有周期性的旁瓣，会给测量带来误判。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于高速互补格雷码的高空间分辨率OTDR的装置及方法，利用高速互补格雷码作为调制信号，经驱动电路直接调制分布反馈激光器输出宽带、稳定且无明显周期性的混沌激光作为探测光，以实现光纤故障的高精度诊断。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。