一种基于差分自动消除噪声的光纤编码识别系统及方法与流程

本发明涉及光纤通讯领域，特别涉及一种基于差分自动消除噪声的光纤编码识别系统及方法。

背景技术：

在光纤通讯领域，光纤编码是由多个不同波长的光纤光栅组成的，光纤编码识别系统是准确识别其光纤光栅波长和能量的光学检测系统。由于光纤编码识别系统在接收侧依赖光开关控制波长和能量的检测，而光开关不可避免的会有噪声混入，导致系统识别出的光纤编码波长能量不够准确。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于差分自动消除噪声的光纤编码识别系统，可高效、准确消除噪声干扰；本发明还提供了一种光纤编码识别系统基于差分自动消除噪声的方法。

根据本发明第一方面实施例的一种基于差分自动消除噪声的光纤编码识别系统，包括：发射模块，所述发射模块包括宽谱光源、脉冲光源、第一soa光开关、第一波分复用器，所述宽谱光源通过所述第一soa光开关与所述第一波分复用器连接，所述脉冲光源与所述第一波分复用器连接，所述第一波分复用器用于实现宽谱光源和窄谱脉冲光源的耦合合波；环形器，所述环形器具有第一端口、第二端口、第三端口，所述第一端口与所述第一波分复用器的输出端连接；分光器，所述分光器输入端与所述环形器的第二端口连接，所述分光器具有主分光端和副分光端，所述主分光端用于连接带有光纤编码的光纤；反射镜，与所述分光器的副分光端连接；接收模块，所述接收模块包括第二波分复用器、光电探测器、第二soa光开关、波长探测器，所述第二波分复用器的输入端与所述环形器的第三端口连接并用于回向光波的分波，所述第二波分复用器的其中一输出端与所述光电探测器连接、另一输出端通过所述第二soa光开关连接所述波长探测器；主控制器，分别与所述脉冲光源、第一soa光开关、光电探测器、第二soa光开关、波长探测器电性连接。

根据本发明第一实施例的基于差分自动消除噪声的光纤编码识别系统，至少具有如下有益效果：通过波分复用器对不同波长段光波进行耦合，利用分光器和反射镜，计算出波长探测器所采集的能量与光电探测器所采集的能量比值kn，结合光电探测器不能识别波长能量而只能识别窄谱脉冲光波的特性，将光电探测器采集的光波能量作为本底噪声进行差分消除，便可得出光纤编码的波长能量。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述宽谱光源采用与所述光纤编码所使用波长段一致的波长段光源。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述分光器的主分光端与副分光端的分光比例为99:1。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述波长探测器采用解调仪，用于实现光波的分离和波长测量。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述主控制器采用fpga控制器。

根据本发明第二方面实施例的一种光纤编码识别系统基于差分自动消除噪声的方法，包括以下步骤：由主控制器同步控制脉冲光源和第一soa光开关启动，经第一波分复用器实现宽谱光源和窄谱脉冲光源的耦合合波，并输出给环形器；环形器输出耦合合波至分光器，利用分光器将光波输出分为两路，一路输出给带光纤编码的光纤，另一路输出给反射镜；在t1时刻由主控制器同步控制光电探测器、第二soa光开关启动，使波长探测器和光电探测器分别采集所述反射镜所反射的光波信号强度，并反馈给主控制器，由主控制器得出波长探测器所采集的能量与光电探测器所采集的能量比值kn；在t2时刻由主控制器同步控制光电探测器、第二soa光开关启动，使波长探测器和光电探测器分别采集所述光纤编码所反射的光波能量，并反馈给主控制器，由主控制器得出波长探测器所采集的波长fn的能量pn＝(pn-w*kn)/m，其中，pn为波长探测器采集的波长fn的原始能量，w为光电探测器采集到原始能量，m为分光器输出给带光纤编码的光纤分光系数。

根据本发明第二实施例的光纤编码识别系统基于差分自动消除噪声的方法，至少具有如下有益效果：通过波分复用器对不同波长段光波进行耦合，利用分光器和反射镜，计算出波长探测器所采集的能量与光电探测器所采集的能量比值kn，结合光电探测器不能识别波长能量而只能识别窄谱脉冲光波的特性，将光电探测器采集的光波能量作为本底噪声进行差分消除，便可得出光纤编码的波长能量。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述t1为光波自第一soa光开关传输至反射镜、再由反射镜反射至第二soa光开关的所需的时间。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述t2为光波自第一soa光开关传输至光纤编码、再由光纤编码反射至第二soa光开关的所需的时间。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述t1时刻波长探测器采集所述反射镜所反射的光波能量包括光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量和第二soa光开关的噪声能量，所述t1时刻光电探测器采集所述反射镜所反射的光波能量包括光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述t2时刻波长探测器采集所述光纤编码所反射的光波能量包括光纤编码波长能量、光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量和第二soa光开关的噪声能量，所述t2时刻光电探测器采集所述反射镜所反射的光波能量包括光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面实施例的光纤编码识别系统原理图；

图2为本发明第二方面实施例的光纤编码识别系统基于差分自动消除噪声的方法流程图；

图3为本发明第二方面实施例的t1时刻波长探测器采集能量光谱图；

图4为本发明第二方面实施例的t1时刻光电探测器采集能量光谱图。

附图标记：

发射模块100、宽谱光源110、脉冲光源120、第一soa光开关130、第一波分复用器140

环形器200、分光器300、光纤编码400、光纤500、反射镜600

接收模块700、第二波分复用器710、光电探测器720、第二soa光开关730、波长探测器740

主控制器800。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参考图1所示，为本技术方案第一方面实施例的一种基于差分自动消除噪声的光纤编码识别系统，包括：

发射模块100，发射模块100包括宽谱光源110、脉冲光源120、第一soa光开关130、第一波分复用器140，宽谱光源110通过第一soa光开关130与第一波分复用器140连接，脉冲光源120与第一波分复用器140连接，第一波分复用器140用于实现宽谱光源和窄谱脉冲光源的耦合合波；

环形器200，环形器200具有第一端口、第二端口、第三端口，第一端口与第一波分复用器140的输出端连接；

分光器300，分光器300输入端与环形器200的第二端口连接，分光器300具有主分光端和副分光端，主分光端用于连接带有光纤编码400的光纤500；反射镜600，与分光器300的副分光端连接；

接收模块700，接收模块700包括第二波分复用器710、光电探测器720、第二soa光开关730、波长探测器740，第二波分复用器710的输入端与环形器200的第三端口连接并用于回向光波的分波，第二波分复用器710的其中一输出端与光电探测器720连接、另一输出端通过第二soa光开关730连接波长探测器740；主控制器800，分别与脉冲光源120、第一soa光开关130、光电探测器720、第二soa光开关730、波长探测器740电性连接。

工作时，通过第一波分复用器140对不同波长段光波的宽谱光源和窄谱脉冲光源进行耦合，经环形器200的第一端口、第二端口传输至分光器300和反射镜400，反射镜400按分光比例全发射所在支路的耦合光波，波长探测器740采集光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量和第二soa光开关的噪声能量，光电探测器720采集光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量，计算出波长探测器所采集的能量与光电探测器所采集的能量比值kn，再根据时序控制接收光纤编码400反射的光波信号，利用光电探测器不能识别波长能量而只能识别窄谱脉冲光波的特性，将光电探测器采集的光波能量作为本底噪声进行差分消除，便可得出光纤编码400的波长能量。

soa光开关具备高速开启和关闭的功能，同时又具备光波放大功能。两个soa组成发、收光波的脉冲控制，实现将光波输入光纤，同时接手光纤回向反射、散射光波，两者之间开闭时间差乘以光速即为光波传输距离。

在本发明第一方面的一些实施例中，光纤编码400是按照规则间距组成一个异波长的光纤编码，不同的异波长光纤编码采用不同的间距和波长。宽谱光源110采用与光纤编码400所使用波长段一致的波长段光源，可以使得光纤编码400反射相应波长段的光波信号。

在本发明第一方面的一些实施例中，分光器300的主分光端与副分光端的分光比例为99:1，分光器300实现光波的能量分配，考虑到需要保留足够大光强实现远距离测试，同时分光器处于近端，所以经计算优选99：1分光器，99％输出到光纤500中，1％光强输出到反射镜600中。

在本发明第一方面的一些实施例中，波长探测器700采用解调仪，用于实现光波的分离和波长测量。

在本发明第一方面的一些实施例中，主控制器800采用fpga控制器。

如图2所示，为本发明第二方面实施例的一种光纤编码识别系统基于差分自动消除噪声的方法，包括以下步骤：

由主控制器同步控制脉冲光源和第一soa光开关启动，经第一波分复用器实现宽谱光源和窄谱脉冲光源的耦合合波，并输出给环形器；

环形器输出耦合合波至分光器，利用分光器将光波输出分为两路，一路输出给带光纤编码的光纤，另一路输出给反射镜；

如图3、图4所示，在t1时刻由主控制器同步控制光电探测器、第二soa光开关启动，使波长探测器和光电探测器分别采集所述反射镜所反射的光波信号强度，并反馈给主控制器，由主控制器得出波长探测器所采集的能量与光电探测器所采集的能量比值kn；

在t2时刻由主控制器同步控制光电探测器、第二soa光开关启动，使波长探测器和光电探测器分别采集所述光纤编码所反射的光波能量，并反馈给主控制器，由主控制器得出波长探测器所采集的波长fn的能量pn＝(pn-w*kn)/m，其中，pn为波长探测器采集的波长fn的原始能量，w为光电探测器采集到原始能量，m为分光器输出给带光纤编码的光纤分光系数，本实施例中m为99％。

通过波分复用器对不同波长段光波进行耦合，利用分光器和反射镜，计算出波长探测器所采集的能量与光电探测器所采集的能量比值kn，结合光电探测器不能识别波长能量而只能识别窄谱脉冲光波的特性，将光电探测器采集的光波能量作为本底噪声进行差分消除，便可得出光纤编码的波长能量。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述t1为光波自第一soa光开关传输至反射镜、再由反射镜反射至第二soa光开关的所需的时间。由主控制器控制第一soa光开关与第二soa光开关之间的开启时间差即可控制间隔时间t1。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述t2为光波自第一soa光开关传输至光纤编码、再由光纤编码反射至第二soa光开关的所需的时间。由主控制器控制第一soa光开关与第二soa光开关之间的开启时间差即可控制间隔时间t2。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述t1时刻波长探测器采集所述反射镜所反射的光波能量包括光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量和第二soa光开关的噪声能量，所述t1时刻光电探测器采集所述反射镜所反射的光波能量包括光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述t2时刻波长探测器采集所述光纤编码所反射的光波能量包括光纤编码波长能量、光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量和第二soa光开关的噪声能量，所述t2时刻光电探测器采集所述反射镜所反射的光波能量包括光纤瑞利回向散射能量、拉曼回向散射能量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。