專(zhuān)利名稱(chēng)：混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)
構(gòu)架、數(shù)據(jù)處理方法及實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著光通信技術(shù)的高速發(fā)展，光通信中的一些最新技術(shù)逐漸為傳感領(lǐng)域提供了新的技術(shù)平臺(tái)。以光通信技術(shù)的發(fā)展為助推器的光纖傳感正成為傳感器研究領(lǐng)域中的一大熱點(diǎn)。光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感器，與其他電傳感器相比，它是用光而不是電來(lái)作為敏感信息的載體；利用光纖而不是用導(dǎo)線(xiàn)作為傳遞敏感信息的媒介。光纖傳感器的原理是利用光纖在受到外界環(huán)境的影響下，對(duì)光纖中傳播光的相位、偏振、光強(qiáng)、波長(zhǎng)等物理參量的變化，進(jìn)行測(cè)量從而感知環(huán)境變化的裝置。光纖傳感器一般由光源、調(diào)制器、光纖、光電探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)組成。來(lái)自光源的光信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定調(diào)制后進(jìn)入光纖，然后將探測(cè)器檢測(cè)的參數(shù)調(diào)制成幅度、相位、波長(zhǎng)或偏振信息，最后利用微處理器或計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理。 光纖圍欄是光纖傳感技術(shù)眾多應(yīng)用中的一種，其中，光纖既是傳感介質(zhì)，又是傳輸介質(zhì)。光纖圍欄可以在傳感光纖布設(shè)范圍內(nèi)，對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行遠(yuǎn)程和實(shí)時(shí)的檢測(cè)。因此，在軍事國(guó)防、石油管道以及民用安全防護(hù)監(jiān)測(cè)方面有著重要的應(yīng)用前景。針對(duì)大范圍區(qū)域的周界監(jiān)控要求，最好的方式是采用分布式光纖傳感技術(shù)或多點(diǎn)準(zhǔn)分布式光纖傳感技術(shù)。全分布式光纖傳感主要有基于后向拉曼散射、布里散射的后向時(shí)域反射技術(shù)，以及長(zhǎng)距離薩格奈克、邁克爾遜及馬赫_澤德等干涉型傳感器的復(fù)用技術(shù)，但這些傳感方式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本高、穩(wěn)定性和可靠性較差。多點(diǎn)準(zhǔn)分布式光纖傳感技術(shù)主要包括時(shí)分復(fù)用(TDM)、波分復(fù)用(WDM)、及空分復(fù)用(SDM)等，但都僅限于利用這些復(fù)用技術(shù)將多個(gè)傳感單元串行或并行連接構(gòu)成多點(diǎn)準(zhǔn)分布傳感，復(fù)用容量非常有限，監(jiān)測(cè)范圍較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，本
發(fā)明混合了波分、時(shí)分復(fù)用技術(shù)和光纖傳感技術(shù)，復(fù)用容量大，監(jiān)測(cè)范圍廣。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)
包括光終端設(shè)備、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)和光傳感單元，光終端設(shè)備的雙向端口通過(guò)光纖接至無(wú)源光
網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)雙向端口 ，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)還與光傳感單元相連。
光終端設(shè)備包括高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源、光纖環(huán)形器、0LT波分模塊、光電探
測(cè)器、多通道高速數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)；高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源的輸出端接至光纖環(huán)
形器的輸入端，光纖環(huán)形器的輸出端接至OLT波分模塊的輸入端，光纖環(huán)形器的雙向端口
接至無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)雙向端口， OLT波分模塊的輸出端通過(guò)光電探測(cè)器接至多通道高速
數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，多通道高速數(shù)據(jù)采集卡的輸出端接至工控機(jī)的輸入端。 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)包括光時(shí)分模塊、PON波分模塊，光時(shí)分模塊的一個(gè)雙向端口接至光終端設(shè)備的雙向端口 ，光時(shí)分模塊的其余雙向端口接至PON波分模塊，PON波分模塊還與光傳感單元相連。 該發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下主要優(yōu)點(diǎn) 其一，以混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組建傳感光網(wǎng)絡(luò)，集傳、感于一體，有效地提高了光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的容量，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大范圍、多區(qū)域監(jiān)測(cè)； 其二，各傳感單元之間相互獨(dú)立，互不影響，提高傳感系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性及容錯(cuò)性； 其三，網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)便于多傳感單元系統(tǒng)化的集中管理與控制， 其四，傳感光網(wǎng)絡(luò)的無(wú)源化消除了戶(hù)外環(huán)境對(duì)有源器件可能造成的影B向，使整個(gè)光纖傳感系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定； 其五，采用普通光纖光纜作為警戒觸發(fā)裝置，利用非對(duì)稱(chēng)馬赫_澤德/薩格奈克干涉?zhèn)鞲蟹謪^(qū)檢測(cè)技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于整個(gè)傳感光纜沿線(xiàn)都是監(jiān)測(cè)單元，因此通過(guò)無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)連接后整個(gè)防區(qū)周界沿線(xiàn)全部具有高靈敏度的振動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)功能，是一種全分布式無(wú)盲區(qū)的監(jiān)控； 其六，采用環(huán)境自適應(yīng)閾值動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)，大大降低傳感系統(tǒng)誤報(bào)率和虛警率。


圖1是本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明光傳感單元路由尋址方法示意圖。 圖3是本發(fā)明的混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)傳感數(shù)據(jù)管理方法示意圖。 圖4是本發(fā)明應(yīng)用于光纖振動(dòng)傳感周界防入侵系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)裝置示意圖。
圖中1.高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源；2.光纖環(huán)形器；3.光時(shí)分模塊；4. PON波
分模塊；5.光傳感單元(0SU) ;6.0LT波分模塊；7.光電探測(cè)器；8.多通道高速數(shù)據(jù)采集
卡；9.工控機(jī)；10.標(biāo)記脈沖；11.信號(hào)脈沖序列；12.傳感單元的數(shù)據(jù)序列；13.數(shù)據(jù)分析模塊；14.報(bào)警判斷模塊；15.報(bào)警處理模塊；16.閾值管理模塊；17.報(bào)警信號(hào)；18.反饋控制；19.非對(duì)稱(chēng)馬赫-澤德干涉儀；20.星型光纖耦合器；21.多通道光延時(shí)模塊；22.多通道波分復(fù)用器；23.分布式傳感光纖；24.光纖傳感反射鏡；25.光纖反射鏡。26.光終端設(shè)備(0LT) ;27.無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(P0N)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有多點(diǎn)準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)存在的監(jiān)測(cè)容量非常有限的問(wèn)題，提出將光纖通信中的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(P0N)結(jié)構(gòu)引入光纖傳感技術(shù)，以光傳感單元(0SU)代替P0N中的光網(wǎng)絡(luò)單元(0NU)，利用混合波分/時(shí)分復(fù)用技術(shù)靈活構(gòu)建大容量無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，大大提高光纖傳感系統(tǒng)的傳感監(jiān)測(cè)范圍；各傳感單元之間獨(dú)立，互不影響，提高光纖傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；同時(shí)，采用盡可能簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在系統(tǒng)終端和傳感單元之間實(shí)現(xiàn)單一光纖的傳輸，大大提高傳輸光纖利用率，降低光纖鋪設(shè)成本。本發(fā)明還解決了這種新型無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)的傳感數(shù)據(jù)處理方法。本發(fā)明的另一 目的是這種混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于光纖振動(dòng)傳感周界防入侵系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)裝置。 如圖1所示，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括光終端設(shè)備26、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)27和多個(gè)光傳感單元5，光終端設(shè)備26的雙向端口通過(guò)引導(dǎo)光纖接至無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)27的一個(gè)雙向端口，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)27還與光傳感單元5相連。 光終端設(shè)備26包括高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源1、光纖環(huán)形器2、0LT波分模塊6、多個(gè)光電探測(cè)器7、多通道高速數(shù)據(jù)采集卡8和工控機(jī)9。高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源1的輸出端接至光纖環(huán)形器2的輸入端，光纖環(huán)形器2的輸出端接至0LT波分模塊6的輸入端，光纖環(huán)形器2的雙向端口接至無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)27的一個(gè)雙向端口，OLT波分模塊6的輸出端通過(guò)光電探測(cè)器7、數(shù)據(jù)電纜接至多通道高速數(shù)據(jù)采集卡8的輸入端，多通道高速數(shù)據(jù)采集卡8的輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)電纜接至工控機(jī)9的輸入端。 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)27包括光時(shí)分模塊3、多個(gè)P0N波分模塊4，光時(shí)分模塊3的一個(gè)雙向端口接至光終端設(shè)備26的雙向端口 ，光時(shí)分模塊3的其余雙向端口接至P0N波分模塊4，每個(gè)P0N波分模塊4還與相應(yīng)的光傳感單元5相連。 本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)中光纖鏈路采用單纖雙向雙工傳輸方式。本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸包括上行和下行方向。設(shè)M、N均為自然數(shù)。 在網(wǎng)絡(luò)下行方向，高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源1發(fā)出M個(gè)波長(zhǎng)、一定功率、一定重復(fù)頻率的脈沖光波，通過(guò)光纖環(huán)形器2到達(dá)光時(shí)分模塊3，通過(guò)光時(shí)分模塊3后脈沖光波被功率等分為(N+l)份，其中l(wèi)路光在光時(shí)分模塊3內(nèi)部被反射作為標(biāo)記脈沖信號(hào)IO，其余N路光分別從1\至TN共N根引導(dǎo)光纖中輸出。這N路輸出脈沖光波的功率相等，各相鄰路輸出脈沖之間通過(guò)延遲光纖引入相同的時(shí)間延遲T(T至少要大于調(diào)制脈沖的脈寬)。每路脈沖光波向前傳輸至其對(duì)應(yīng)的P0N波分模塊4， M個(gè)波長(zhǎng)的光波按照波長(zhǎng)被分離成A工至入m共M路分別輸出，此處每路輸出為一定功率的特定波長(zhǎng)脈沖光波。每路特定波長(zhǎng)脈沖光波通過(guò)引導(dǎo)光纖輸入給光傳感單元5，光傳感單元5采用光波反射式結(jié)構(gòu)。
在網(wǎng)絡(luò)上行方向，攜帶了傳感信息的反射單波長(zhǎng)脈沖光通過(guò)引導(dǎo)光纖傳輸至PON波分模塊4，經(jīng)過(guò)P0N波分模塊4后實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)信號(hào)合波，再上行傳輸至光時(shí)分模塊3進(jìn)行功率合并。攜帶了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)0SU傳感信息的多波長(zhǎng)序列脈沖光波通過(guò)光纖環(huán)形器2傳輸至0LT波分模塊6，進(jìn)行波長(zhǎng)分離，每個(gè)波長(zhǎng)的序列脈沖光由一個(gè)光電探測(cè)器7進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。M個(gè)波長(zhǎng)的序列脈沖光波分別由M個(gè)光電探測(cè)器7進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)被M通道高速數(shù)據(jù)采集卡8進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后送入工控機(jī)9進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)光傳感單元5的檢測(cè)信息。 基于這種M波分、N時(shí)分混合復(fù)用的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)的容量可達(dá)M*N個(gè)光傳感單元5。這些光傳感單元5可通過(guò)不同的空間分布組合構(gòu)成線(xiàn)型光纖周界或分區(qū)域型光纖周界。 實(shí)施例 如圖4所示，本發(fā)明應(yīng)用于光纖振動(dòng)傳感周界防入侵系統(tǒng)時(shí)，則基于混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)和線(xiàn)形反射型光纖傳感單元組織其架構(gòu)。光時(shí)分模塊3采用星型光纖耦合器20和多通道光時(shí)延模塊21連接構(gòu)成，P0N波分模塊4采用多通道波分復(fù)用器22，光傳感單元5采用分布式傳感光纖23和光纖傳感反射鏡24連接構(gòu)成，光終端設(shè)備26與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)27之間還接有非對(duì)稱(chēng)馬赫-澤德干涉儀19。其中光終端設(shè)備26的雙向端口接至非對(duì)稱(chēng)馬赫_澤德干涉儀19，非對(duì)稱(chēng)馬赫_澤德干涉儀19的另一端接至星型光纖耦合器20的一側(cè)雙向端口，星型光纖耦合器20的另一側(cè)雙向端口與多通道光延時(shí)模塊21的一側(cè)雙向端口連接，多通道光延時(shí)模塊21的另一側(cè)雙向端口接至多通道波分復(fù)用器22。分布式傳感光纖23的一端與多通道波分復(fù)用器22連接，另一端與光纖傳感反射鏡24連接。星型光纖耦合器20還接有光纖反射鏡25。 如圖2和圖4所示，該光網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚍譃橄滦泻蜕闲?。下行時(shí)，高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源1發(fā)出M個(gè)波長(zhǎng)、一定功率、一定重復(fù)頻率的的脈沖光波，通過(guò)光纖環(huán)形器2入射非對(duì)稱(chēng)馬赫_澤德干涉儀19，經(jīng)過(guò)1* (N+l)的星型光纖耦合器20進(jìn)行等功率分配，其中1路光波通過(guò)光纖反射鏡25反射，作為標(biāo)記脈沖IO，其余N路光波通過(guò)N通道光延時(shí)模塊21后分別從1\至TN共N根光纖中輸出。這N路輸出脈沖光波的功率相等，各相鄰路輸出脈沖之間具有相同的時(shí)間延遲T。每路脈沖光波再繼續(xù)下行向前傳輸至M通道波分復(fù)用器22，M個(gè)波長(zhǎng)的光波按照波長(zhǎng)被分離成、至入M共M路分別輸出，每路輸出為一定功率的單波長(zhǎng)脈沖光波，通過(guò)引導(dǎo)光纖、分布式傳感光纖23輸入給MAN個(gè)光纖傳感反射鏡24。分布式傳感光纖23和光纖傳感反射鏡24組成光纖振動(dòng)傳感單元。
當(dāng)有入侵振動(dòng)作用到周界光纖上時(shí)，會(huì)引起分布式傳感光纖23中傳輸光波的相位改變，通過(guò)振動(dòng)傳感單元后轉(zhuǎn)化為光功率的變化。上行時(shí)，攜帶了傳感信息的單波長(zhǎng)脈沖光被光纖傳感反射鏡24全部反射，發(fā)出攜帶了傳感信息的反射單波長(zhǎng)脈沖光。光波依次通過(guò)M通道波分復(fù)用器22、 N通道光延時(shí)模塊21、星型光纖耦合器20分別進(jìn)行波長(zhǎng)合并、二次延時(shí)及功率合并，然后再次經(jīng)過(guò)非對(duì)稱(chēng)馬赫_澤德干涉儀19，攜帶了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)光傳感反射鏡24的傳感信息的多波長(zhǎng)序列脈沖光波11通過(guò)光纖環(huán)形器2傳輸至M通道0LT波分模塊6進(jìn)行波長(zhǎng)分離，M個(gè)波長(zhǎng)的序列脈沖光波再分別由M個(gè)光電探測(cè)器7進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)被M通道高速數(shù)據(jù)采集卡8進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后送入工控機(jī)9進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、處理和分析，得到周界上各傳感防區(qū)的入侵警戒情況。其中，非對(duì)稱(chēng)馬赫-澤德干涉儀19、分布式傳感光纖23、光纖傳感反射鏡24以及他們之間連接的引導(dǎo)光纖構(gòu)成非中心對(duì)稱(chēng)的薩格奈克干涉?zhèn)鞲衅鳎瑢?duì)作用于傳感光纖23上的振動(dòng)信號(hào)具有非常高的檢測(cè)靈敏度。
其光傳感單元5的路由尋址方法是基于波分_時(shí)分矩陣式路由尋址的。各個(gè)光傳感單元5的反射光波攜帶了各個(gè)位置的傳感信息。上行時(shí)，各個(gè)光傳感單元5的反射光波通過(guò)網(wǎng)絡(luò)匯聚到M通道高速數(shù)據(jù)采集卡8后，每個(gè)通道采集到獨(dú)立的(N+l)個(gè)脈沖序列數(shù)據(jù)，包括一個(gè)標(biāo)記脈沖和N個(gè)傳感單元信號(hào)脈沖，各信道、各脈沖之間相互獨(dú)立。然后將得到的數(shù)據(jù)組成一個(gè)(N+1)*M的二維矩陣，其中矩陣的行元素對(duì)應(yīng)不同的光波波長(zhǎng)，矩陣的列元素對(duì)應(yīng)不同的光波脈沖時(shí)間延遲，矩陣中的每個(gè)元素對(duì)應(yīng)特定的光波波長(zhǎng)和時(shí)間延遲，即特定的光傳感單元5的信號(hào)。在工控機(jī)9中利用軟件數(shù)據(jù)處理對(duì)各個(gè)脈沖信號(hào)進(jìn)行分離和波長(zhǎng)、時(shí)延定位，即可實(shí)現(xiàn)傳感單元路由尋址。由此可實(shí)現(xiàn)路由尋址。
其光傳感單元5的數(shù)據(jù)的提取方法是采取自動(dòng)邏輯定位。M通道高速數(shù)據(jù)采集卡8獲得二維矩陣式數(shù)據(jù)后，首先在波長(zhǎng)維度上通過(guò)采集卡通道的區(qū)分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分離；然后在時(shí)間維度上，以標(biāo)記脈沖10作為定位基準(zhǔn)，通過(guò)各個(gè)傳感脈沖信號(hào)與標(biāo)記脈沖信號(hào)之間的時(shí)間偏移實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分離。對(duì)于確定的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個(gè)光傳感單元5對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和時(shí)間延遲均唯一確定，系統(tǒng)軟件在邏輯上為其準(zhǔn)備一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)域。工控機(jī)9的軟件依次掃描每一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的某一個(gè)傳感信號(hào)脈沖值，并根據(jù)時(shí)間先后順序?qū)⑺鼈兇鎯?chǔ)到對(duì)應(yīng)的邏輯數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，最后每一個(gè)傳感單元的數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)據(jù)序列，從而實(shí)現(xiàn)各光傳感單元傳感信息的有效提取。后續(xù)系統(tǒng)軟件只需要在邏輯上管理這些數(shù)據(jù)序列，就能準(zhǔn)確地處理對(duì)應(yīng)的物理傳感單元的狀態(tài)信息。 本發(fā)明傳感網(wǎng)絡(luò)的管理，本質(zhì)為對(duì)每一個(gè)物理光傳感單元5的數(shù)據(jù)處理和管理。如圖3所示，工控機(jī)9上裝有數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析模塊13、報(bào)警判斷模塊14、閾值管理模塊16和報(bào)警處理模塊15。系統(tǒng)為每一個(gè)光傳感單元都設(shè)定一個(gè)預(yù)期報(bào)警閾值，而不同的傳感單元，由于硬件、環(huán)境等差異，一般報(bào)警閾值會(huì)有差別。每個(gè)獨(dú)立光傳感單元的數(shù)據(jù)序列輸入到數(shù)據(jù)分析模塊13，當(dāng)數(shù)據(jù)分析模塊13計(jì)算結(jié)果超過(guò)其預(yù)期閾值時(shí)，該傳感單元被判定為有周界入侵發(fā)生，就將異常的計(jì)算結(jié)果傳入報(bào)警判斷模塊14進(jìn)行報(bào)警判斷并輸出報(bào)警信號(hào)給報(bào)警處理模塊15，最后由報(bào)警處理模塊15來(lái)處理該異常。為減小偶發(fā)的沖擊脈沖的影響，在可接受范圍內(nèi)，系統(tǒng)報(bào)警設(shè)置一定的延滯時(shí)間，如果滿(mǎn)足報(bào)警延滯條件，則向外部設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)17。每一個(gè)邏輯周期內(nèi)的閾值都將被閾值管理模塊16記錄下來(lái)，并在下一個(gè)邏輯周期內(nèi)對(duì)閾值進(jìn)行分析，然后對(duì)報(bào)警判斷模塊14進(jìn)行反饋控制18，用以調(diào)整傳感系統(tǒng)的靈敏度和誤報(bào)率。 在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)受到環(huán)境的極大影響，例如異常的天氣，風(fēng)，雨，雪等影響，另外由于系統(tǒng)硬件的不穩(wěn)定，也可能隨著環(huán)境條件(溫度等)的變化，而引起系統(tǒng)參數(shù)的變化，影響報(bào)警判斷的準(zhǔn)確性。相比于靜態(tài)閾值管理方法，本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)閾值管理方法，每一次的閾值不僅能決定此次是否報(bào)警，還能反饋給下一次，以動(dòng)態(tài)調(diào)整下一次的報(bào)警條件。當(dāng)環(huán)境條件變化時(shí)，一部分受影響的傳感單元的數(shù)據(jù)可能會(huì)發(fā)生劇烈抖動(dòng)，此時(shí)，動(dòng)態(tài)閾值管理模塊能夠在下一個(gè)邏輯周期內(nèi)檢測(cè)到異常，對(duì)環(huán)境影響進(jìn)行智能判斷，修正其預(yù)期閾值，從而避免下一個(gè)周期內(nèi)發(fā)生大量誤報(bào)。當(dāng)報(bào)警事件頻繁發(fā)生時(shí)，閾值管理模塊也會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，自動(dòng)升高閾值，從而做出更具有實(shí)際意義的判斷。當(dāng)環(huán)境的擾動(dòng)消失時(shí)，系統(tǒng)同樣能夠智能判斷，迅速降低相應(yīng)的報(bào)警閾值，保證了較高的靈敏度。
這個(gè)處理過(guò)程一般可以在一個(gè)邏輯周期內(nèi)完成，對(duì)于系統(tǒng)的默認(rèn)處理頻率為20Hz，因此常規(guī)周界入侵?jǐn)_動(dòng)可以在極短的時(shí)間內(nèi)完成判斷并得到處理，在實(shí)際應(yīng)用中，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的靈敏度造成太大影響，同時(shí)也能保證很低的誤報(bào)率。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)機(jī)時(shí)，各邏輯傳感單元的閾值會(huì)被存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備下次系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)讀取，并盡快使系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。 另外，混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)傳感數(shù)據(jù)管理還包括對(duì)用戶(hù)提供記錄查詢(xún)、數(shù)據(jù)備份和用戶(hù)管理等功能。 最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于它包括光終端設(shè)備、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)和光傳感單元，光終端設(shè)備的雙向端口通過(guò)光纖接至無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)雙向端口，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)還與光傳感單元相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于光終端設(shè)備包括高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源、光纖環(huán)形器、OLT波分模塊、光電探測(cè)器、多通道高速數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)；高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源的輸出端接至光纖環(huán)形器的輸入端，光纖環(huán)形器的輸出端接至OLT波分模塊的輸入端，光纖環(huán)形器的雙向端口接至無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)雙向端口， OLT波分模塊的輸出端通過(guò)光電探測(cè)器接至多通道高速數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，多通道高速數(shù)據(jù)采集卡的輸出端接至工控機(jī)的輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)包括光時(shí)分模塊、PON波分模塊，光時(shí)分模塊的一個(gè)雙向端口接至光終端設(shè)備的雙向端口 ，光時(shí)分模塊的其余雙向端口接至PON波分模塊，PON波分模塊還與光傳感單元相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于光傳感單元采用尾端連接光纖反射鏡的分布式傳感光纖，光時(shí)分模塊采用星型光纖耦合器和多通道光時(shí)延模塊連接構(gòu)成，光終端設(shè)備與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)之間還接有非對(duì)稱(chēng)馬赫-澤德干涉儀，其中光終端設(shè)備的雙向端口接至非對(duì)稱(chēng)馬赫_澤德干涉儀，非對(duì)稱(chēng)馬赫_澤德干涉儀的另一端接至星型光纖耦合器，星型光纖耦合器與多通道光時(shí)延模塊的雙向端口相連，星型光纖耦合器還接有光纖反射鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于該光網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚍譃橄滦泻蜕闲?；在網(wǎng)絡(luò)下行方向，高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源發(fā)出M個(gè)波長(zhǎng)、一定功率、一定重復(fù)頻率的脈沖光波，通過(guò)光纖環(huán)形器到達(dá)光時(shí)分模塊，通過(guò)光時(shí)分模塊后脈沖光波被功率等分為(N+l)份，其中1路光在光時(shí)分模塊內(nèi)部被反射作為標(biāo)記脈沖信號(hào)，其余N路光分別從L至T,共N根引導(dǎo)光纖中輸出，這N路輸出脈沖光波的功率相等，各相鄰路輸出脈沖之間通過(guò)延遲光纖引入相同的時(shí)間延遲T，每路脈沖光波向前傳輸至其對(duì)應(yīng)的PON波分模塊，M個(gè)波長(zhǎng)的光波按照波長(zhǎng)被分離成、至入M共M路分別輸出，每路特定波長(zhǎng)脈沖光波通過(guò)引導(dǎo)光纖輸入給光傳感單元；在網(wǎng)絡(luò)上行方向，攜帶了傳感信息的反射單波長(zhǎng)脈沖光通過(guò)弓I導(dǎo)光纖傳輸至P0N波分模塊，經(jīng)過(guò)P0N波分模塊后實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)信號(hào)合波，再上行傳輸至光時(shí)分模塊進(jìn)行功率合并，攜帶了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)光傳感單元信息的多波長(zhǎng)序列脈沖光波通過(guò)光纖環(huán)形器傳輸至0LT波分模塊進(jìn)行波長(zhǎng)分離，每個(gè)波長(zhǎng)的序列脈沖光由一個(gè)光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)被M通道高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后送入工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)光傳感單元的檢測(cè)信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于該光網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚍譃橄滦泻蜕闲校幌滦袝r(shí)，高功率多波長(zhǎng)脈沖調(diào)制光源發(fā)出M個(gè)波長(zhǎng)的脈沖光波，通過(guò)光纖環(huán)形器入射非對(duì)稱(chēng)馬赫-澤德干涉儀，經(jīng)過(guò)W(N+l)的星型光纖耦合器進(jìn)行功率分配，其中l(wèi)路光波通過(guò)光纖反射鏡反射，作為標(biāo)記脈沖，其余N路光波通過(guò)N通道光延時(shí)模塊后分別從1\至TN共N根光纖中輸出，每路脈沖光波再繼續(xù)下行向前傳輸至M通道波分復(fù)用器，M個(gè)波長(zhǎng)的光波按照波長(zhǎng)被分離成、至AM共M路分別輸出，每路輸出為一定功率的單波長(zhǎng)脈沖光波，通過(guò)光纖輸入給光纖傳感反射鏡；上行時(shí)，光纖傳感反射鏡發(fā)出攜帶了傳感信息的反射單波長(zhǎng)脈沖光，光波依次通過(guò)M通道波分復(fù)用器、光延時(shí)模塊、星型光纖耦合器分別進(jìn)行波長(zhǎng)合并、二次延時(shí)及功率合并，然后再次經(jīng)過(guò)非對(duì)稱(chēng)馬赫_澤德干涉儀，攜帶了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)光傳感單元傳感信息的多波長(zhǎng)序列脈沖光波通過(guò)光纖環(huán)形器傳輸至M通道0LT波分模塊進(jìn)行波長(zhǎng)分離，M個(gè)波長(zhǎng)的序列脈沖光波再分別由M個(gè)光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)被M通道高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后送入工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、處理和分析。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于其光傳感單元的路由尋址方法是上行時(shí)，各個(gè)光傳感單元的反射光波通過(guò)網(wǎng)絡(luò)匯聚到M通道高速數(shù)據(jù)采集卡后，每個(gè)通道采集到獨(dú)立的(N+l)個(gè)脈沖序列數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)組成一個(gè)(N+1^M的二維矩陣，其中矩陣的行元素對(duì)應(yīng)不同的光波波長(zhǎng)，矩陣的列元素對(duì)應(yīng)不同的光波脈沖時(shí)間延遲，矩陣中的每個(gè)元素對(duì)應(yīng)特定的光波波長(zhǎng)和時(shí)間延遲，由此可實(shí)現(xiàn)路由尋址。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于其光傳感單元數(shù)據(jù)的提取方法是M通道高速數(shù)據(jù)采集卡獲得二維矩陣式數(shù)據(jù)后，首先在波長(zhǎng)維度上通過(guò)采集卡通道的區(qū)分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分離；然后在時(shí)間維度上，以標(biāo)記脈沖作為定位基準(zhǔn)，通過(guò)各個(gè)傳感脈沖信號(hào)與標(biāo)記脈沖信號(hào)之間的時(shí)間偏移實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分離；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)光傳感單元，工控機(jī)為其準(zhǔn)備一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)域，工控機(jī)依次掃描每一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的某一個(gè)傳感信號(hào)脈沖值，并根據(jù)時(shí)間先后順序?qū)⑺鼈兇鎯?chǔ)到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，最后每一個(gè)傳感單元的數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)據(jù)序列，從而實(shí)現(xiàn)各光傳感單元傳感信息的有效提取。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)，其特征在于工控機(jī)上裝有數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析模塊、報(bào)警判斷模塊、閾值管理模塊和報(bào)警處理模塊；系統(tǒng)為每一個(gè)光傳感單元都設(shè)定一個(gè)預(yù)期報(bào)警閾值，每個(gè)獨(dú)立光傳感單元的數(shù)據(jù)序列輸入到數(shù)據(jù)分析模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)分析模塊計(jì)算結(jié)果超過(guò)其預(yù)期閾值時(shí)，就將異常的計(jì)算結(jié)果傳入報(bào)警判斷模塊進(jìn)行報(bào)警判斷并輸出報(bào)警信號(hào)，最后由報(bào)警處理模塊來(lái)處理該異常；每一個(gè)邏輯周期內(nèi)的閾值都將被閾值管理模塊記錄下來(lái)，并在下一個(gè)邏輯周期內(nèi)對(duì)閾值進(jìn)行分析，然后對(duì)報(bào)警判斷模塊進(jìn)行反饋控制，用以調(diào)整傳感系統(tǒng)的靈敏度和誤報(bào)率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種混合波分時(shí)分復(fù)用無(wú)源傳感光網(wǎng)絡(luò)。它包括光終端設(shè)備、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)和光傳感單元，光終端設(shè)備的雙向端口通過(guò)光纖接至無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)雙向端口，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)還與光傳感單元相連。本發(fā)明混合了波分、時(shí)分復(fù)用技術(shù)和光纖傳感技術(shù)，復(fù)用容量大，監(jiān)測(cè)范圍廣。
文檔編號(hào)H04Q11/00GK101715153SQ20091027302
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者劉德明, 孫志峰, 孫琪真, 張海洲, 曹峰, 李曉磊, 楊康 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)