一种海底光缆故障点定位方法与流程

本发明涉及光缆应用技术领域，尤其涉及一种海底光缆故障点定位方法。

背景技术：

近年来，随着我国海洋领域的重视，海洋产业快速发展，相关通信设施例如海底光缆的建设规模也逐渐扩大。然而，频繁的船只作业和海底工程对近海光缆形成威胁，而且海底环境复杂，地震频发，所以海缆故障事故可能性也在不断增加，对国民经济和国防建设带来巨大损失。因此，海底光缆的故障定位及维护是至关重要的问题。

现有陆上光缆故障定位技术主要是基于后向瑞利散射损耗探测的OTDR(光时域反射仪)技术，这种方式具有成本低、设备简易、故障事件判别能力强、测试距离远等优势，由于OTDR测量的只是故障点的光纤长度，不是具体的故障点位置，而且光缆存在绞缩，因此需要根据光缆施工图来查明具体位置。然而在海底，由于水下环境复杂，光缆布放位置不明，很难根据故障点光纤长度来寻找具体故障点位置，而且OTDR技术存在着定位精度低、耗时的缺点，故障点定位的不准确会导致光缆线路维护费用剧增，因此，需要改进故障定位技术。

目前有一种基于拉曼散射和布里渊散射的光缆故障定位技术是基于加温(或应变作用)的方法，这种方法通过测量加温点(或应变作用点)与故障点的相位位置来实现逐步逼近，可大大提高故障定位精度。然而，对光缆加温在海洋环境下操作困难，施工难度极大，海缆铠甲结实，应变很难作用到光纤中，因此，这种基于拉曼散射和布里渊散射的故障定位方法很难在实际海洋环境中得以应用。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种海底光缆故障点定位方法，可用于海底光缆的故障定位，操作简单且精度高。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种海底光缆故障点定位方法，包括：

S01、获取初步探测信号：启动光时域反射装置以发出脉冲光，获得反射回的初步探测信号，所述初步探测信号在故障点有强反射光；

S02、故障点初步定位：根据初步探测信号获取故障点相对于光时域反射装置的第一空间距离；

S03、选择振动点：在故障点附近选择一处作为振动点并振动光缆，记录光缆振动时光时域反射装置收到的二次探测信号，其中，所述振动点在所述光时域反射装置与所述故障点之间；

S04、振动点定位和故障点更新：根据二次探测信号和初步探测信号获取振动点相对于故障点的第二空间距离，并据此更新故障点位置；

S05、判断振动点信号是否淹没在故障点信号中，如果振动点信号被淹没，则定位完成，振动点与故障点位置相同；否则，重复步骤S03，使新的振动点更靠近故障点。

作为其中一种实施方式，所述光时域反射装置为φ-OTDR反射仪。

作为其中一种实施方式，所述光时域反射装置也可以为C-OTDR反射仪。

作为其中一种实施方式，振动光缆的方式为通过打捞振动光缆。

作为其中一种实施方式，所述步骤S05中，新的振动点将振动点与所述故障点之间的光缆分成的两部分比例为7:1-10:1。

作为其中一种实施方式，所述步骤S05中，新的振动点将振动点与所述故障点之间的光缆分成的两部分比例为9:1。

作为其中一种实施方式，所述步骤S02包括：

S021、根据初步探测信号得出故障点与光时域反射装置之间的第一纤长；

S022、根据第一纤长、光缆绞缩率和施工图确定故障点与光时域反射装置之间的第一空间距离，其中，所述施工图用于确定光缆弯折、迂回长度。

作为其中一种实施方式，所述步骤S04包括：

S041、矫正二次探测信号：对比二次探测信号与初步探测信号中故障点的位置，得出光时域反射装置的长度测量偏离值，并对二次探测信号按照长度测量偏离值进行平移，使二次探测信号故障点的位置与初步探测信号中的故障点的位置一致；

S042、平移后的二次探测信号减去初步探测信号，得出故障点与振动点之间的第二纤长；

S043、根据第二纤长、光缆绞缩率和施工图确定故障点与振动点之间的第二空间距离及方位；

S044、根据故障点与振动点之间的第二空间距离及方位反推并更新故障点的位置。

本发明基于瑞利散射相位敏感型光时域反射技术或相干光时域反射技术，通过人工振动海底光缆产生的信号来实现故障点的相对定位，并结合绝对定位，只需在多个振动点振动海底光缆，使振动点逐步逼近故障点来实现故障点的定位，不会对光缆产生弯曲扭转等物理性侵害，操作简单、可行性高。

附图说明

图1为本发明实施例的海底光缆故障点定位模型示意图；

图2为本发明实施例的海底光缆故障点定位过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1，本发明实施例的海底光缆故障点定位时，只需在海底光缆的一端连接基于瑞利散射的相位敏感型(φ-OTDR)反射仪作为光时域反射装置1发出脉冲光并接收反射信号，脉冲光在故障点A₀产生强反射，通过φ-OTDR技术对反射信号进行探测，得到外界扰动信息和故障点反射信息，通过分析故障点A₀反射信号的传输时间即可对故障点A₀进行初步定位，得到故障点A₀距离光时域反射装置1的纤长，推算其大致空间位置；当在光时域反射装置1所在端与故障点A₀之间的某处打捞海底光缆时，打捞过程中产生一定幅度的振动信号，通过φ-OTDR技术对反射信号进行探测，得到外界扰动信息、故障点反射信息和打捞点的振动信息。该光时域反射装置1也可以是C-OTDR反射仪。

基于此原理，结合图2所示，本实施例的海底光缆故障点定位方法包括：

S01、获取初步探测信号p：启动光时域反射装置以发出脉冲光，获得反射回的初步探测信号p，初步探测信号p在故障点A₀有强反射光；

S02、故障点初步定位：根据初步探测信号p获取故障点A₀相对于光时域反射装置的第一空间距离L；

S03、选择振动点A_n：在故障点A₀附近选择一处作为振动点A_n并振动光缆，记录光缆振动时光时域反射装置收到的二次探测信号q，其中，振动点A_n在光时域反射装置与故障点A₀之间；

S04、振动点定位和故障点A₀更新：根据二次探测信号q和初步探测信号p获取振动点A_n相对于故障点A₀的第二空间距离L_n，并据此更新故障点A₀位置；

S05、判断振动点A_n信号是否淹没在故障点A₀信号中，如果振动点A_n信号被淹没，则定位完成，振动点A_n与故障点A₀位置相同；否则，重复步骤S03，更新振动点，使新的振动点更靠近故障点A₀。

本实施例中，具体操作时，振动光缆的方式为通过打捞光缆，使其产生一定幅度的振动。步骤S05中，新的振动点将前一次振动点A_n与故障点A₀之间的光缆分成的两部分比例为7:1-10:1，优选该比例为9:1，可以使振动点A_n很快接近故障点A₀。

步骤S02具体包括：

S021、根据初步探测信号p得出得到故障点A₀与光时域反射装置之间的第一纤长a0；

S022、根据第一纤长a0、光缆绞缩率和施工图确定故障点A₀与光时域反射装置之间的第一空间距离L，其中，施工图用于确定光缆弯折、迂回长度。

步骤S04具体包括：

S041、矫正二次探测信号q：对比二次探测信号q与初步探测信号p中故障点A₀的位置，得出光时域反射装置的长度测量偏离值d，并对二次探测信号q按照长度测量偏离值d进行平移，使二次探测信号q故障点A₀的位置与初步探测信号p中的故障点A₀的位置一致；

S042、平移后的二次探测信号q减去初步探测信号p，得出故障点A₀与振动点A_n之间的第二纤长l_n；

S043、根据第二纤长l_n、光缆绞缩率和施工图确定故障点A₀与振动点A_n之间的第二空间距离L_n及方位；

S044、根据故障点A₀与振动点A_n之间的第二空间距离L_n及方位反推并更新故障点A₀的位置。

步骤S042中，得出故障点A₀与振动点A_n之间的第二纤长l_n的原理为：平移后的二次探测信号q减去初步探测信号p后，计算强反射峰与其最近的波峰之间的距离差，该距离差为强反射峰与其最近的波峰之间的时间差与光缆中的光速v相乘，并除以2，该距离差即为第二纤长l_n。

当φ-OTDR收到的反射信号中，振动信号位置A_n完全淹没在故障点A₀信号中时，即可认为振动点A_n位置基本与故障点A₀重合，此时，故障点定位完成，最后的振动点A_n的位置即为故障点A₀所在位置。

本方案与传统布里渊OTDR故障定位技术相比，至少具有两个优点：

第一，该方案通过人工振动信号来探测，操作上简单，只需用捞钩拉扯海底光缆，无需其他设备和操作，可行性高；而传统布里渊OTDR故障定位需要对光缆进行加温操作，这在水下实施难度极大；

第二，该方案不会对光缆产生弯曲扭转等物理性侵害；而布里渊的方式需要取一段光缆放入温控箱中，这对光缆有一定程度损坏；

综上所述，本发明基于瑞利散射相位敏感型光时域反射技术或相干光时域反射技术，通过人工振动海底光缆产生的信号来实现故障点的相对定位，并结合绝对定位，只需在多个振动点振动海底光缆，使振动点逐步逼近故障点来实现故障点的定位，不会对光缆产生弯曲扭转等物理性侵害，操作简单、可行性高。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。