一种OTDR曲线拼接方法及多条OTDR曲线拼接方法与流程

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种otdr曲线拼接方法及多条otdr曲线拼接方法。

背景技术：

otdr(opticaltimedomainreflectometer，光时域反射仪)通过向被测光纤发射光脉冲，检测光纤中返回的瑞利散射和菲涅尔反射数值，得到被测光纤的长度及损耗等物理特性。并借助数据分析功能，精确定位光路中的事件点及故障点。otdr主要用于光缆工程施工和光缆线路维护工作，主要用途有测量光纤长度，分析链路损耗及故障定位。动态范围是指背向散射曲线上起始电平和噪声电平之差，是能够测试的背向散射曲线的最大衰减值，决定了otdr所能测得的最长光纤距离。otdr动态范围的大小对测量精度的影响初始背向散射电平与噪声低电平的db差值被定义为otdr的动态范围。其中，背向散射电平初始点是入射光信号的电平值，而噪声低电平为背向散射信号为不可见信号。动态范围的大小决定otdr可测光纤的距离。当背向散射信号的电平低于otdr噪声时，它就成为不可见信号。

光纤中返回的瑞利散射和菲涅尔反射值通常较小，为能被数字系统采集，通常需对散射信号进行增益放大。对于放大器低增益档，可以看清近端的事件，但由于增益受限，看不到远距离的瑞利曲线。对于放大器高增益档，高增益会使采集到的曲线在从开始采集的点，到往后的一定范围内饱和，但是能看到更远端的瑞利曲线。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种otdr曲线拼接方法及多条otdr曲线拼接方法以解决现有的otdr曲线动态范围小的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种otdr曲线拼接方法，包括步骤：

步骤s11、获取高档otdr曲线，并确定高档otdr曲线的第一有效起点以及最远拼接点；

步骤s12、获取低档otdr曲线，并确定低档otdr曲线的第二有效起点；

步骤s14、在高档otdr曲线的第一有效起点和最远拼接点之间获取第一拼接段，在低档otdr曲线获取与第一拼接段位置相对应的第二拼接段，对第一拼接段、第二拼接段进行线性拟合拼接。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤s14中，对第一拼接段、第二拼接段进行卡尔曼滤波，使其变得平滑。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤s14中，所述第一拼接段、第二拼接段的斜率相同。

本发明的更进一步优选方案是：所述otdr曲线拼接方法还包括：

步骤s13，获取高档otdr曲线的断纤点，对比最远拼接点到第一有效起点的距离和断纤点到第一有效起点的距离：

若断纤点距离第一有效起点更远，则跳到步骤s14；

若断纤点距离第一有效起点更近，则输出低档otdr曲线。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤s11中具体包括：

步骤s111，排除获取高档otdr曲线的头端反射，获取高档otdr曲线的第一有效起点；

步骤s112，根据第一有效起点确定最远拼接点。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤s111具体包括；

步骤s1111，获取高档otdr曲线的ad量数列original，并通过ad量数列original求得db值数列phases；

步骤s1112，通过db值数列phases的前一个数据和后一个数作差得出数组diff_start_region，根据数组diff_start_region排除头端反射并获取高档otdr曲线的第一有效起点。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤s13中获取高档otdr曲线的断纤点具体包括步骤：

步骤s131，查找高档otdr曲线中的是否存在反射事件；

步骤s132，若是，根据反射事件查找断纤点；

步骤s133，若否，则默认断纤点在高档otdr曲线的尽头。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤s131还包括：排除电路下冲，防止电路下冲对反射事件的查找造成影响。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤s131包括步骤：

步骤s1311，通过ad量数列original前一个数据和后一个数作差得出数组diff，并对数组diff进行卡尔曼滤波；

步骤s1312，查找数组diff中的最低值以及最低值对应的位置，所述最低值对应的位置为一个反射事件。

本发明还提供一种多条otdr曲线拼接方法，用于n条不同档位otdr曲线的拼接，其中n≥3，包括步骤：

步骤s21，将n条不同档位otdr曲线从低档到高档按照1到n的顺序进行排列；

步骤s22，采用如以上任一项所述的otdr曲线拼接方法按照步骤s21的排列顺序依次对相邻的两条不同档位otdr曲线进行拼接，其中，当相邻的两条otdr曲线拼接失败后，则直接输出低档的otdr曲线，且不再进行后续otdr曲线的拼接。

本发明的有益效果是：获取高档otdr曲线的第一有效起点以及最远拼接点，以及低档otdr曲线的第二有效起点，在第一有效起点以及最远拼接点之间获取第一拼接段，并在低档otdr曲线上获取与第一拼接段对应的第二拼接段，将第一拼接段与第二拼接段进行线性拟合即可完成高档otdr曲线、低档otdr曲线的拼接，拼接后的otdr曲线的动态范围更加大。

附图说明

图1是本发明实施例otdr曲线拼接方法的流程图；

图2是本发明实施例步骤s11的具体流程图；

图3是本发明实施例步骤s111的具体流程图；

图4是本发明实施例步骤s13的具体流程图；

图5是本发明实施例步骤s131的具体流程图；

图6是本发明实施例多条otdr曲线拼接方法的流程图；

图7是本发明实施例获取有效起点的流程图；

图8是本发明实施例获取断纤点以及最远拼接点的流程图；

图9是本发明实施例otdr曲线拼接的具体流程图；

图10是本发明实施例otdr曲线(a)的示意图；

图11是本发明实施例otdr曲线(b)的示意图；

图12是本发明实施例otdr曲线(c)的示意图；

图13是本发明实施例完成拼接otdr曲线(abc)的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种otdr曲线拼接方法及多条otdr曲线拼接方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举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。

本发明实施例提供的一种otdr曲线拼接方法，一并参见图1至图7，所述控制方法包括以下步骤：

步骤s11、获取高档otdr曲线，并确定高档otdr曲线的第一有效起点以及最远拼接点；

步骤s12、获取低档otdr曲线，并确定低档otdr曲线的第二有效起点；

步骤s14、在高档otdr曲线的第一有效起点和最远拼接点之间获取第一拼接段，在低档otdr曲线获取与第一拼接段位置相对应的第二拼接段，对第一拼接段、第二拼接段进行线性拟合拼接。

其中，所述高档otdr曲线、低档otdr曲线中的高档和低档只用于区别两条otdr曲线的动态范围不同，并不对其具体数值进行限定，只要两条otdr曲线的动态范围不同即可进行拼接，拼接后的otdr曲线动态范围更加大。

其中，本发明的低档otdr曲线可以看清近端的事件，看不到远距离的瑞利曲线；而高档otdr曲线能看到更远端的瑞利曲线，但采集量有限会饱和。因此，在进行曲线拼接时，会将低档otdr曲线的近端与高档otdr曲线的远端进行拼接，拼接的位置由第一拼接段、第二拼接段决定。

本发明获取高档otdr曲线的第一有效起点以及最远拼接点，以及低档otdr曲线的第二有效起点，在第一有效起点以及最远拼接点之间获取第一拼接段，并在低档otdr曲线上获取与第一拼接段对应的第二拼接段，将第一拼接段与第二拼接段进行线性拟合即可完成高档otdr曲线、低档otdr曲线的拼接，拼接后的otdr曲线的动态范围更加大。

其中，确定第一有效起点、第二有效起点的作用是确定高档otdr曲线、低档otdr曲线的有效区间，方便otdr曲线拼接的进行。

其中，采用第一拼接段与第二拼接段进行线性拟合拼接，可以使拼接的otdr曲线平滑过渡，提高拼接后otdr曲线准确性。

进一步的，所述步骤s14中，对第一拼接段、第二拼接段进行卡尔曼滤波，使其变得平滑。通过对第一拼接段、第二拼接段进行卡尔曼滤波，可以使第一拼接段、第二拼接段变得平滑，方便otdr曲线拼接的进行。

进一步的，所述步骤s14中，所述第一拼接段、第二拼接段的斜率相同。采用同样斜率第一拼接段、第二拼接段进行拼接，可以有效的降低拼接的难度，同时可以使拼接部分更加平滑。

更进一步的，所述otdr曲线拼接方法还包括：

步骤s13，获取高档otdr曲线的断纤点，对比最远拼接点到第一有效起点的距离和断纤点到第一有效起点的距离：

若断纤点距离第一有效起点更远，则跳到步骤s14；

若断纤点距离第一有效起点更近，则输出低档otdr曲线。

断纤点是影响线性拟合拼接的重要因素之一，本发明通过增加一个获取断纤点的步骤，并区分断纤点是否在最远拼接点和第一有效起点之间，可以有效的降低断纤点对线性拟合拼接的影响。当断纤点不在最远拼接点和第一有效起点之间，即断纤点距离第一有效起点更远可进行线性拟合拼接，此时的断纤点不会影响拼接的结果；当断纤点在最远拼接点和第一有效起点之间时，则不拼接直接输出低档的otdr曲线。

进一步的，所述步骤s11中具体包括：

步骤s111，排除获取高档otdr曲线的头端反射，获取高档otdr曲线的第一有效起点；

步骤s112，根据第一有效起点确定最远拼接点。

其中，otdr曲线普遍存在头端反射，为了减少头端反射对线性拟合拼接的影响，需要在对高档otdr曲线、低档otdr曲线拼接前，排除头端反射，排除头端反射后获得的曲线起点为有效起点。

其中，最远拼接点与第一有效起点的区间距离为第一拼接段的取值区间，第一拼接段为最远拼接点与第一有效起点之间的一段。

本实施例中，所述最远拼接点为相对于第一有效起点衰减3db的点。当最远拼接点距离第一有效起点过远时，可能将断纤点包含进去，影响拼接的正常进行；当最远拼接点距离第一有效起点太近时，可能无法查找到与第二拼接段斜率相近或相同的第一拼接段，同样影响拼接结果。

进一步的，所述步骤s111具体包括；

步骤s1111，获取高档otdr曲线的ad量数列original，并通过ad量数列original求得db值数列phases；

步骤s1112，通过db值数列phases的前一个数据和后一个数作差得出数组diff_start_region，根据数组diff_start_region排除头端反射并获取高档otdr曲线的第一有效起点。

本发明通过将db值数列phases前一个数据和后一个数作差得出数组diff_start_region，根据数组diff_start_region的结果排除排除头端反射，即可获取高档otdr曲线的第一有效起点。

更进一步的，所述步骤s13中获取高档otdr曲线的断纤点具体包括步骤：

步骤s131，查找高档otdr曲线中的是否存在反射事件；

步骤s132，若是，根据反射事件查找断纤点；

步骤s133，若否，则默认断纤点在高档otdr曲线的尽头。

通过查找高档otdr曲线中的是否存在反射事件，即可根据反射事件查找断纤点，当不存在反射事件时，则默认断纤点在高档otdr曲线的尽头，即断纤点不在最远拼接点与第一有效起点之间，即可以拼接。

进一步的，所述步骤s131还包括：排除电路下冲，防止电路下冲对反射事件的查找造成影响。

通过排除电路下冲的影响，可以保证断纤点寻找的准确性。

进一步的，所述步骤s131包括步骤：

步骤s1311，通过ad量数列original前一个数据和后一个数作差得出数组diff，并对数组diff进行卡尔曼滤波；

步骤s1312，查找数组diff中的最低值以及最低值对应的位置，所述最低值对应的位置为一个反射事件。

稳定的otdr曲线其斜率是一定的，因此数组diff内的数值也维持在一个稳定的范围，当其出现较大变动，即出现最低值时，可以判定最低值对应的位置为一个反射事件。

以下提供一个两条otdr曲线拼接方法具体实施例对本发明进行说明：

高低两条otdr曲线采集的ad量数列分别为：original[1],original[2]；其每一列长度为125000；

高低增益两档采集的ad量求得的db值数列分别为：phases[1]，phases[2]；其每一列长度为125000。

①找到两段原始ad数据original[1],original[2]前1200个点的最大ad量og_max及最大ad量对应位置og_max_index.一般此最大值为饱和点。其中，1200个点是经验值，通过大量实验获得的，所述最大ad量一般都在前1200个点内。当然在实际操作时，也可以历遍整个original[1],original[2]数值去查找对应的最大ad量。

②再找出original[1],original[2]褪出饱和点对应的坐标赋值给数组og_max_index[1]，og_max_index[2]。找到最大ad值坐标往后找，与此最大ad值偏差大于10个ad量的位置就是og_max_index数值的区间。

③再找ad量对应的db值数列phases[1]，phases[2]前1200个点的最大数值db_max及最大数值对应位置db_max_index。一般此最大值为饱和点。

④再找出phases[1]，phases[2]褪出饱和点对应的坐标赋值给db_max_index数组。找到以此最大bd值坐标往后找，与此最大值偏差大于0.01的位置。

⑤phases[1]，phases[2]数列从褪出饱和点坐标开始，前一个数据和后一个数据作差，饱和点坐标之前元素全为0，得到数组diff_start_region[1]、diff_start_region[2]。

⑥根据差值数组diff_start_region[1]、diff_start_region[2]，分别得到高档otdr曲线以及低档otdr曲线的真正有效起始点。有效起始点的意思是，排除头端反射后，曲线才开始真正反映待测光纤的情况。曲线拼接算法需要排除头端反射，再进行后续的分析计算。需要得到的变量是，曲线真正开始瑞利衰减的位置所对应的db值。

⑦根据原始ad量数组original[1],original[2]从褪出饱和点作差,饱和点坐标之前元素全为0，得到数列diff[1]，diff[2]。

⑧对diff[2]进行卡尔曼滤波，得到数列filtered_diff。由于噪声区上的点比较杂乱，两点之间的差比较大，会影响最终的查找结果。所以，此处会用卡尔曼滤波来平滑噪声区的差值曲线。

⑨寻找filtered_diff数组中最低点及最低点对应的位置。从差值数组内判断是否有断纤，在进行完平滑滤波处理的差值数组filtered_diff中，查找最低点的位置。差值越低，则说明向下衰减的幅度越大。同时也记录滤波后的差值数组的协方差，若是有急剧下降，则协方差的值也会变得很大。这可以作为一个辅助判断条件。

⑩排除电路上下冲对断纤判断的影响

这个问题出现在高档位曲线上。在高增益曲线接近刚褪饱和的区域时，如果出现了反射事件，该反射事件一定会在高增益档饱和，且伴随着一个很大的下冲，直接下降到ad值接近0，然后再上升到原有的ad量的水平。这个下冲符合对断纤判断的所有条件。而且，对断纤的判断在算法中默认以对高档位曲线的分析结果为准。因此，在从突然下降的趋势中判断是否有断纤存在之前，先要排除电路上产生的这个下冲。

找到filtered_diff数组最低点坐标，再向后遍历，如有急剧上升的点，则找到电路下冲。若发现电路下冲，则向后遍历，找到差值曲线恢复到水平直线的位置。从该位置到差值曲线尽头的范围内再查找最大的下降趋势。此时找到的最大下将趋势，则为断纤位置。

判断断纤的类型

otdr曲线的断纤分为两种类型，反射与非反射。在确定最大下降点的位置后，需要判断该处的断纤类型。

由于反射和非反射在差值曲线上都包含一个急剧下降的趋势，但不同的是，反射事件在急剧下降的趋势前还会有个上升趋势。因此判断类型的方法是，找到向下趋势后，向前遍历，找上升趋势。

具体实施方法

1)在差值曲线diff内，从差值曲线的最低点先向前遍历，找到差值曲线恢复水平的点(可称为中值点：a)。

2)将中值点与差值曲线的最低点b的差值计算出来，既(a-b)。

3)从中值点继续向前遍历，若找到有点的数值大于a+(a-b)/2,则认为发现反射末端，反之，则是非反射末端。

根据上述分析，可将断纤判断的结果分为以下三类：

一.reflective:反射末端；

二.non-reflective：非反射末端；

三.non：未找到强度足以影响是否拼接的断纤。

确认断纤点

根据上一步骤判断的三种结果(reflective，non-reflective，non)来确定断纤点。若是reflective和non-reflective，则从(11)中最后遍历到的点，继续遍历，找到事件的起点，该起点则为断纤点。值得注意的是，若先前判定的是非反射末端，则区分褪出饱和区的下降，和非反射事件本身的下降。

开始实施曲线拼接

1)从褪出饱和的点开始算起，找到高档位衰减3db的点，改点为最远拼接点。

2)对比最远拼接点和断纤点的大小。若断纤点距离曲线起点更近，则不需要拼接，反之则需要。

3)从最远拼接点向前遍历，在没有事件的一小段区域(a到b)进行拼接。既低档位的pointa到pointb和高增益档位的pointa到pointb进行线性拟合。

4)为了使拼接效果美观，同时排除噪声对拼接结果的干扰，对要进行拼接的两段曲线进行卡尔曼滤波，使其变得平滑。

5)根据线性拟合结果进行拼接。

本发明还提供一种多条otdr曲线拼接方法，用于n条不同档位otdr曲线的拼接，其中n≥3，包括步骤：

步骤s21，将n条不同档位otdr曲线从低档到高档按照1到n的顺序进行排列；

步骤s22，采用如以上任一项所述的otdr曲线拼接方法按照步骤s21的排列顺序依次对相邻的两条不同档位otdr曲线进行拼接，其中，当相邻的两条otdr曲线拼接失败后，则直接输出低档的otdr曲线，且不再进行后续otdr曲线的拼接。

本发明的多条otdr曲线拼接方法用于多条不同档位的otdr曲线拼接，并由低档到高档的顺序依次进行拼接，当遇到两条otdr曲线无法拼接时，则直接输出两条otdr曲线中的低档otdr曲线，此处需要注意的是，当第一条otdr曲线就无法拼接时，直接输出第一条otdr曲线；当到后侧的otdr曲线无法拼接时，则输出已经完成拼接的低档的otdr曲线。

以下提供一个多条otdr曲线拼接方法具体实施例对本发明进行说明，请参照图10、图11、图12、图13：

现需要对a(高档位曲线),b(次高档位曲线),c(低档位曲线)三条otdr曲线进行拼接。拼接的顺序为：拼接bc曲线，再拼接a曲线，拼接完成获得曲线如图13所示。

1)假设此时判定bc不需要拼接，此时a也不需拼接，直接输出曲线c。

2)假设判断ab不需要拼接，bc需要拼接，则输出拼接后的曲线bc。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。