骨干网光缆监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光缆监测技术领域，尤其涉及一种骨干网光缆监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国各省市广电网络(集团)公司基本都建成了各自覆盖核心用户的城域骨干光缆网。与传统的电通信、无线等其他通信手段相比，光纤通信技术具有无与伦比的优越性，即通信容量大、中继距离长、保密性能好、适应能力强，但这种大容量和长距离的光缆传输网络目前在广电系统大部分是通过简单的线路巡视检查和应急故障抢修来进行维护管理，随着熔接断点逐渐增多，光缆传输网络的性能会逐渐劣化，而早期敷设光缆是否到达老化年限，故障隐患是否快速增加，在室外架空或管道中的各部分光缆线路是否接近需要更换的临界状况，这些深层次的问题亟待解决，另外一方面，广电网络公司拥有的城域骨干光缆网已经从原来以广播电视信号传输业务为主扩展到支持多种应用的宽带综合业务网，这种发展形势也对光缆维护管理提出了更高的要求。
[0003]电力系统通信调度部门主要采用传统的手工方式被动维护线路，工作人员采用手持光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer，简称为0TDR)对光缆线路进行测试，这种维护方式存在以下不足:
[0004](1)它是一种被动测试方式，无法主动、实时地监测在线使用的光纤线路的传输质量，只有通信中断时才可能发现故障，并通过手工测试方式进行测试与故障判别，但此时由于通信中断已经对电力系统的运行造成了影响。
[0005](2)传统的故障判别方法只是判断传输系统的光设备是否报警，而无法区分是光设备故障、各种连接接触不良还是分布于户外的光缆发生了损坏，因此直接影响了故障判别的准确性、科学性和及时性，给维护工作带来很大困难。
[0006]针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种骨干网光缆监测系统及方法，以至少解决现有的被动测试不能及时发现故障，且故障判别的准确性不高的问题。
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种骨干网光缆监测系统，包括:光源、光脉冲形成单元、光电检测单元、数据处理单元、预警单元和显示单元;所述光脉冲形成单元，用于根据所述光源发出的光产生本振光和脉冲光，其中，所述脉冲光传送至被测的传感光纤，所述脉冲光在传播过程中产生的后向瑞利散射光与所述本振光一起传送至所述光电检测单元；所述光电检测单元，用于对所述后向瑞利散射光与所述本振光进行相干检测;所述数据处理单元，用于对所述光电检测单元输出的信号进行数据处理，输出监测结果;所述预警单元，用于根据所述监测结果进行故障预警；所述显示单元，用于基于地理信息系统显示地图，并根据所述地图和所述监测结果对故障位置进行定位，其中所述地图包括骨干网的线路和光缆。
[0009]在一个实施例中，所述光脉冲形成单元包括:依次连接的微波频率综合器、单边带调制器、第一耦合器、电光调制器、放大器和第二耦合器，其中，所述单边带调制器还连接至所述光源，所述第二耦合器还连接至所述被测的传感光纤;所述光脉冲形成单元还包括:脉冲发生器和第三耦合器，其中，所述第三耦合器分别连接至所述第一耦合器、所述第二耦合器和所述光电检测单元;所述脉冲发生器连接至所述电光调制器;所述单边带调制器，用于调节所述微波频率综合器的频率以控制所述光源发出的光的频率，并输出连续光;所述第一耦合器，用于将所述连续光分成两路，一路作为所述本振光，另一路经所述电光调制器和所述脉冲发生器调制成所述脉冲光;所述放大器，用于放大所述脉冲光;所述第二耦合器，用于将所述脉冲光传送至所述被测的传感光纤，以及输出所述脉冲光在传播过程中产生的所述后向瑞利散射光;所述第三耦合器，用于将所述后向瑞利散射光与所述本振光一起传送至所述光电检测单元。
[0010]在一个实施例中，所述第一耦合器与所述电光调制器之间连接有第一偏振控制器，以保证所述电光调制器的输入光偏振方向与其透光轴重合;所述第一耦合器与所述第三耦合器之间连接有第二偏振控制器，用于减小由偏振不匹配带来的信号起伏。
[0011]在一个实施例中，所述被测的传感光纤内设置有传感器，用于采集环境温度和光缆应变。
[0012]在一个实施例中，所述数据处理单元包括:接收模块，用于接收所述光电检测单元输出的信号;处理模块，用于对所述光电检测单元输出的信号进行累加平均和小波去噪处理，得到不同时刻的多组瑞利散射功率谱，对所述多组瑞利散射功率谱按距离、频率、强度进行拟合，得到沿所述被测的传感光纤的瑞利散射功率谱;输出模块，用于从拟合后的瑞利散射功率谱获得光的频率变化量，根据所述光的频率变化量获取电力信息，并将所述电力信息作为所述监测结果，输出所述监测结果。
[0013]在一个实施例中，所述骨干网的分支线路利用备纤迂回法接续到主干线路上。
[0014]在一个实施例中，所述光源是分布式反馈激光器。
[0015]在一个实施例中，所述骨干网光缆监测系统还包括:存储单元，用于存储所述骨干网的分布信息；编辑单元，用于对所述骨干网的分布信息进行查询、修改、统计和报表；电源，用于为所述骨干网光缆监测系统供电。
[0016]根据本发明的另一个方面，提供了一种骨干网光缆监测方法，包括:根据光源发出的光产生本振光和脉冲光，其中，所述脉冲光传送至被测的传感光纤;所述脉冲光在传播过程中产生的后向瑞利散射光与所述本振光一起传送至光电检测单元，进行相干检测;对所述光电检测单元输出的信号进行数据处理，输出监测结果;根据所述监测结果进行故障预警;基于地理信息系统显示地图，并根据所述地图和所述监测结果对故障位置进行定位，其中所述地图包括骨干网的线路和光缆。
[0017]在一个实施例中，在对所述光电检测单元输出的信号进行数据处理，输出监测结果之前，所述方法还包括:采集环境温度和光缆应变。
[0018]在一个实施例中，对所述光电检测单元输出的信号进行数据处理，输出监测结果，包括:接收所述光电检测单元输出的信号;对所述光电检测单元输出的信号进行累加平均和小波去噪处理，得到不同时刻的多组瑞利散射功率谱，对所述多组瑞利散射功率谱按距离、频率、强度进行拟合，得到沿所述被测的传感光纤的瑞利散射功率谱;从拟合后的瑞利散射功率谱获得光的频率变化量，根据所述光的频率变化量获取电力信息，并将所述电力信息作为所述监测结果，输出所述监测结果。
[0019]在一个实施例中，在根据光源发出的光产生本振光和脉冲光之前，所述方法还包括:利用备纤迂回法将所述骨干网的分支线路接续到主干线路上。
[0020]通过本发明的骨干网光缆监测系统及方法，可实时主动监测光传输系统的传输性能，通过分析光纤的回波信号和位置信息，及时发现系统中的故障或隐患，当故障发生时能够对故障位置快速定位，准确判别故障类型并及时将故障信息通知给运行维护人员。
【附图说明】
[0021]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0022]图1是本发明实施例的骨干网光缆监测系统的结构框图；
[0023]图2是本发明实施例的光脉冲形成单元的结构示意图；
[0024]图3是本发明实施例的光脉冲形成单元的另一结构示意图；
[0025]图4是本发明实施例的骨干网路由方案设计示意图；
[0026]图5是本发明实施例的骨干网光缆监测方法的流程图；
[0027]图