本發(fā)明涉及光纜檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種單、多模光纖量程自適應(yīng)的檢測方法。

背景技術(shù)：

光纖檢測的技術(shù)已經(jīng)成熟，它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。光纖檢測設(shè)備的測試精度等技術(shù)性能也能滿足大部分用戶要求，但是在實(shí)際操作運(yùn)用中還存在很多需要改進(jìn)和優(yōu)化的方面。比如說在測量光纖時需要在軟件中設(shè)置測量范圍，如果測量量程少于被測光纖長度，就無法測出光纖狀況，很多測試環(huán)境下也無法確認(rèn)被測光纖的長度，測試時需要不斷嘗試不同測試量程，影響測試效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種可根據(jù)被測光纖的長度，自動調(diào)整測試量程，不用每次測試不同長度光纖時手動設(shè)置測試量程，也不用因無法確認(rèn)被測光纖長度的情況下，多次測試不同量程估算光纖長度的單、多模光纖量程自適應(yīng)的檢測方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種單、多模光纖量程自適應(yīng)的檢測方法，步驟包括：

1)對待檢測光纖進(jìn)行采樣，使得可分辨的距離接近激光器的相干長度；

2)在輔助參考信號中獲得相位噪聲：

3)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行相位噪聲補(bǔ)償后，計算偏振態(tài)數(shù)據(jù)的頻譜；

4)光纖的長度和頻率是正比關(guān)系，由頻譜數(shù)據(jù)來計算光纖末端反射點(diǎn)位置；

5)末端反射點(diǎn)即為光纖量程。

進(jìn)一步的，所述步驟2)具體為：設(shè)激光源的瞬時頻率為v＝v₀+γt，其中v₀為起始光頻，γ為掃頻斜率，其發(fā)出的光信號可表示為：其中為光源的瞬時相位；

參考臂反射信號與相對與參考臂反射端面距離為x₀處的信號臂反射信號混頻得到的拍頻信號的頻率為設(shè)在x₀處的反射系數(shù)為R₀，信號光和參考光經(jīng)光電檢測器相干混頻后輸出電流為：

其中相位差

激光器因有限線寬而產(chǎn)生的相位噪聲，使式

中的其大小由激光線寬Δv₀決定：

OFDR的拍頻信號表達(dá)式中，去掉直流項(xiàng)，得到：其中R(τ)時考慮損耗的反射率，τ是對應(yīng)待測光纖不同位置的時延，e(t)是本振參考光的非線性相位，e(t-τ)是接收測試光的非線性相位，那么e(t)-e(t-τ)就是拍頻信號的非線性相位。

進(jìn)一步的，所述步驟3)具體為：將式

通過希爾伯特變換轉(zhuǎn)換到復(fù)指數(shù)形式，即：其中S_e(t)＝exp[j2πe(t)]和S_e(t-τ)＝exp[j2πe(t-τ)]，符號*代表復(fù)共軛；攜帶光源調(diào)諧非線性相位的拍頻信號如式所示中，設(shè)非線性相位函數(shù)S_e(t)已知，在主干涉儀拍頻信號中，與距離無關(guān)的本振參考光非線性相位可以用簡單乘法消除，即：在式中測試光的非線性相位e(t-τ)是與距離有關(guān)的，信號通過去斜濾波器后，測試光信號的非線性相位可以被轉(zhuǎn)換為距離無關(guān)項(xiàng)；在頻域I₁(t)通過去斜濾波器后得到：其中，和分別代表傅里葉變換和傅里葉反變換，I₂(t)可以表示為：其中表示以時間t為變量的傅里葉反變換，是的傅里葉變換，設(shè)S(t)是距離無關(guān)的，從式看出，只要去掉S(t)，就可將任意τ下的線性拍頻信號恢復(fù)出來；線性拍頻信號I₃(t)可以通過去掉S(t)得到，即I₂(t)乘以S^*(t)即可得到I₃(t)。S(t)可以將通過去斜濾波器得到，即然后

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明可根據(jù)被測光纖的長度，自動調(diào)整測試量程，不用每次測試不同長度光纖時手動設(shè)置測試量程，也不用因無法確認(rèn)被測光纖長度的情況下，多次測試不同量程估算光纖長度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體的實(shí)施例，對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種單、多模光纖量程自適應(yīng)的檢測方法，步驟包括：

1)對待檢測光纖進(jìn)行采樣，使得可分辨的距離接近激光器的相干長度；

2)在輔助參考信號中獲得相位噪聲：

3)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行相位噪聲補(bǔ)償后，計算偏振態(tài)數(shù)據(jù)的頻譜；

4)光纖的長度和頻率是正比關(guān)系，由頻譜數(shù)據(jù)來計算光纖末端反射點(diǎn)位置；

5)末端反射點(diǎn)即為光纖量程。

假設(shè)激光源的瞬時頻率為v＝v₀+γt，其中v₀為起始光頻，γ為掃頻斜率，其發(fā)出的光信號可表示為：

其中為光源的瞬時相位。

參考臂反射信號與相對與參考臂反射端面距離為x₀處的信號臂反射信號混頻得到的拍頻信號的頻率為設(shè)在x₀處的反射系數(shù)為R₀，信號光和參考光經(jīng)光電檢測器相干混頻后輸出電流為：

其中相位差ω_b＝2πf_b＝2πγτ₀。由式(1-2)可見，干涉拍頻信號的頻率f_b由反射信號和參考信號之間的光程差(即待測光纖和參考端面的相對距離)決定，而拍頻信號的功率則正比于反射信號的強(qiáng)度。因此，通過分析拍頻信號的功率譜，可直接獲得被測光纖回波信號的強(qiáng)度和位置信息。

激光器因有限線寬而產(chǎn)生的相位噪聲，使式(1-2)中的其大小由激光線寬Δv₀決定：

下面討論OFDR中激光器非線性調(diào)諧效應(yīng)的基本理論，OFDR的拍頻信號表

達(dá)式(1-2)中，去掉直流項(xiàng)，得到：

其中R(τ)其是考慮損耗的反射率，τ是對應(yīng)待測光纖不同位置的時延，e(t)是本振參考光的非線性相位，e(t-τ)是接收測試光的非線性相位，那么e(t)-e(t-τ)就是拍頻信號的非線性相位。非線性效應(yīng)其實(shí)就是一種相位噪聲。這里提到的非線性效應(yīng)補(bǔ)償，也可以看作是一種相位噪聲的補(bǔ)償。

為了便于分析基本原理，將式(2-1)通過希爾伯特變換轉(zhuǎn)換到復(fù)指數(shù)形式，即：

其中S_e(t)＝exp[j2πe(t)]和S_e(t-τ)＝exp[j2πe(t-τ)]，符號*代表復(fù)共軛。

在式(2-1)中的非線性相位項(xiàng)e(t)-e(t-τ)導(dǎo)致了反射峰能量擴(kuò)散，惡化了空間分辨率，引起反射峰幅度下降。而且非線性效應(yīng)的影響隨距離增大而增大。由于非線性相位與距離有關(guān)，難以在整個距離域一次去除。幸運(yùn)的是，這一問題采用去斜濾波法可以解決。此方法分別處理本振參考光非線性相位e(t)和測試光的非線性相位e(t-τ)。去斜濾波法在FMCW SAR領(lǐng)域的非線性調(diào)頻中也得到了成功的應(yīng)用。

通過以下三步可對非線性調(diào)諧效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償：

步驟一，攜帶光源調(diào)諧非線性相位的拍頻信號如式(3-1)所示中，假設(shè)非線

性相位函數(shù)S_e(t)已知(其具體估算方法在下面討論)，在主干涉儀拍頻信號中，與距離無關(guān)的本振參考光非線性相位可以用簡單乘法消除，即：

在式(3-2)中測試光的非線性相位e(t-τ)是與距離有關(guān)的，由于在距離域上分布著多個反射點(diǎn)，如瑞利散射或多個菲涅爾反射，所以在不同位置測試光信號的非線性相位難以被單一的參考函數(shù)去除。為了解決這一問題，一種與距離相關(guān)的時移(對應(yīng)時延τ)施加到主干涉儀拍頻信號中，其過程可以通過去斜濾波器exp(jπf²/γ)實(shí)現(xiàn)。信號通過去斜濾波器后，測試光信號的非線性相位可以被轉(zhuǎn)換為距離無關(guān)項(xiàng)。

步驟二，在頻域I₁(t)通過去斜濾波器后得到：

其中，和分別代表傅里葉變換和傅里葉反變換。把式(3-2)代入(3-3)，I₂(t)可以表示為：

其中表示以時間t為變量的傅里葉反變換。是的傅里葉變換。假設(shè)S(t)是距離無關(guān)的。從式(3-4)看出，只要去掉S(t)，就可將任意τ下的線性拍頻信號恢復(fù)出來。

步驟三：線性拍頻信號I₃(t)可以通過去掉S(t)得到，即I₂(t)乘以S^*(t)即可得到I₃(t)。S(t)可以將通過去斜濾波器得到，即

然后

從前面的信號處理流程可以看到，只要本振參考光信號的非線性相位e(t)估計準(zhǔn)確，這種方法理論上可完全消除調(diào)諧非線性相位。

根據(jù)前面分析，先假設(shè)本振參考光信號的非線性相位e(t)已知。下面將討論如何從附加干涉儀估計e(t)的問題。附加干涉儀采用非平衡的邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)，在一臂中有固定的參考時延(利用長距離光纖實(shí)現(xiàn))。類似的方法在FMCWSAR中也有討論。對應(yīng)固定參考時延為τ_ref的附加干涉儀歸一化拍頻信號I_ref(t)可以表示為：

利用希爾伯特變換和其他簡單的信號處理算法，得到非線性相位e(t)-e(t-τ_ref)。

當(dāng)τ_ref較小時，采用一階泰勒級數(shù)展開估計e(t)，即：

e(t)-e(t-τ_ref)≈8(t)′τ_ref (3-8)

其中e(t)’表示e(t)對時間t的微分，因此對本振參考光的非線性相位估計可以表示為：