光链路检测方法、装置、设备、存储介质及计算机程序与流程

本技术涉及光通信，特别涉及一种光链路检测方法、装置、设备、存储介质及计算机程序。

背景技术：

1、在光通信技术领域中，通常利用光纤来传输光信号。在光纤中的某些位置出现形变或者故障时，当光信号经过这些位置时会产生菲涅尔反射信号。如果菲涅尔反射信号叠加在入射光信号上，则会对接收侧光信号产生干扰，从而降低光信号的传输质量，导致误码。

2、在相关技术中，采用光时域反射仪(optical time domain reflectometer，otdr)检测光纤的形变或者故障位置。otdr是通过光信号在光纤中传输时产生的后向瑞利散射信号和菲涅尔反射信号，获取光信号沿着光纤路径的瑞利散射系数以及菲涅尔反射系数，以此来确定光纤的形变或者故障位置。例如，在光纤的入口处发送光信号，光信号在光纤中经过后向瑞利散射和菲涅尔反射之后再次到达入口处。然后，在入口处对接收到的光信号进行相关处理，以得到otdr曲线，进而基于otdr曲线所指示的瑞利散射系数以及菲涅尔反射系数，确定光纤的形变或者故障位置。

3、常用的otdr采用脉冲式测量方法，采用上述方法进行光纤测量时，otdr的测量参数与光信号的脉冲宽度相关，测量参数包括动态范围和分辨率。其中，动态范围用于指示最大测量距离，分辨率用于指示形变或者故障位置的测量精度。随着常用的脉冲式光信号宽度的逐渐增大，otdr的最大测量距离逐渐增大，但是otdr的测量精度逐渐降低。因此，如何在测量距离增大的情况下，保持高测量精度成为目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种光链路检测方法、装置、设备、存储介质及计算机程序，可以解决相关技术测量距离和测量精度不能同时兼顾的问题。所述技术方案如下：

2、第一方面，提供了一种光链路检测方法，应用于发送端，发送端与接收端之间通过光纤连接。在该方法中，发送端发送第一光信号，第一光信号是将第一伪随机码调制后得到的，接收第一目标信号，第一目标信号是第一光信号在光纤中被反射和/或散射的信号，基于第一目标信号生成第一光时域反射曲线，第一光时域反射曲线指示光纤的反射系数和/或散射系数。发送端还发送第二光信号，第二光信号是将第二伪随机码调制后得到的，第二伪随机码的码宽小于第一伪随机码的码宽，接收第二目标信号，第二目标信号是第二光信号在光纤中被反射和/或散射的信号，基于第二目标信号和第一光时域反射曲线，生成第二光时域反射曲线，第二光时域反射曲线指示光纤的反射系数和/或散射系数。

3、可选地，发送端将第一伪随机码调制到光载波的相位，以得到第一光信号，并通过光纤将第一光信号发送至接收端。

4、其中，第一伪随机码的码长周期大于光信号在光纤中的往返时延。第一伪随机码的码长周期等于第一伪随机码的码宽乘以第一伪随机码的码周期数。第一伪随机码的码长周期大于光信号在光纤中的往返时延，便于后续在第一伪随机码的码长周期内对第一相干检测电流信号进行初步相关处理和再次相关处理。

5、可选地，发送端通过脉冲幅度调制方式将第一伪随机码进行调制，以得到第一光信号。当然，实际应用中，发送端还能够通过其他的方式将第一伪随机码进行调制，本技术对此不做限定。

6、基于上文描述，发送端通过光纤将第一光信号发送至接收端，在发送端与接收端之间的光纤存在形变或者故障的情况下，当第一光信号经过这些形变或者故障位置时会被反射，从而得到反射信号。如果光纤中杂质颗粒的尺寸小于第一光信号的波长，当第一光信号经过这些杂质颗粒时会被散射，从而得到散射信号。这样，发送端接收到的第一目标信号包括多路反射信号和/或散射信号。

7、其中，反射信号包括菲涅尔反射信号，散射信号包括后向瑞利散射信号。当然，在实际应用中，反射信号和/或散射信号还可能包括其他的信号，本技术对此不做限定。

8、发送端基于第一目标信号和第一参考伪随机码，生成第一光时域反射曲线，第一参考伪随机码的码宽与第一伪随机码的码宽相等，第一参考伪随机码的初始相位与第一伪随机码的初始相位相同。

9、其中，第一参考伪随机码是发送端基于第一伪随机码的码宽和生成多项式确定的。另外，第一参考伪随机码的初始相位与第一伪随机码的初始相位可以相同，也可以不同，本技术对此不做限定。

10、可选地，发送端按照下述步骤(1)-(3)，基于第一目标信号和第一参考伪随机码，生成第一光时域反射曲线。

11、(1)对第一目标信号进行相干检测，以得到第一相干检测电流信号。

12、发送端接收到第一目标信号之后，将第一本振光信号与第一目标信号进行相干混合，以得到相干混合后的第一目标信号，进而对相干混合后的第一目标信号进行光电检测，以得到第一相干检测电流信号。

13、(2)基于第一参考伪随机码，对第一相干检测电流信号进行初步相关处理，以得到第一起点时延，第一起点时延是指第一光信号从开始发送到第一光信号首次被反射和/或散射到发送端所经过的时长。

14、发送端基于第一参考伪随机码，按照循环处理方式对第一相干检测电流信号进行初步相关处理，以得到第一起点时延。其中，循环处理方式的第p次循环处理过程包括如下步骤：

15、a.按照第一步长对第一参考伪随机码的相位进行第p次移动，以得到第p次移动对应的基准伪随机码。

16、在p等于1时，从第一伪随机码的码长周期的起始位置开始，按照第一步长对第一参考伪随机码的相位进行第p次移动，得到第p次移动对应的基准伪随机码。在p不等于1时，从第p-1次移动后的位置开始，按照第一步长对第一参考伪随机码的相位进行第p次移动，得到第p次移动对应的基准伪随机码。

17、其中，第一步长是第一伪随机码码宽的一半。当然，在实际应用中，第一步长还可能是其他的数值，例如，第一步长小于第一伪随机码码宽的一半，本技术对此不做限定。

18、b.通过频率为目标频率的带通滤波器，将第一相干检测电流信号的直流部分过滤掉，以得到第一相干交流信号，将第一相干交流信号与第p次移动对应的基准伪随机码相乘后再进行快速傅里叶变换，以得到第p次移动对应的基准电流信号。然后，对第p次移动对应的基准电流信号中目标频率对应的电流值进行平方处理，以得到第p次移动对应的基准光功率。

19、c.如果第p次移动对应的基准光功率不大于第一功率阈值，则继续执行循环处理方式的第p+1次循环处理过程。

20、d.如果第p次移动对应的基准光功率大于第一功率阈值，则将第一步长与p相乘，以得到第一起点时延。

21、本技术是通过循环的方式对第一相干检测电流信号进行初步相关处理，由于第一光信号经过光纤不同位置的反射和/或散射以得到多路信号，所以到达发送端的该多路信号对应的时延各不相同，因此，对第一参考伪随机码的相位进行第p次移动，得到的第p次移动对应的基准伪随机码可能与该多路信号中的任一路信号完全相关匹配。

22、另外，由于伪随机码具有自相关特性，第一相干交流信号中包括该多路信号的相关信息，发送端基于第一相干交流信号和第p次移动对应的基准伪随机码，按照上述过程确定出第p次移动对应的基准光功率之后，如果第p次移动对应的基准伪随机码与某路信号匹配，那么第p次移动对应的基准光功率就会比较大，所以，将第p次移动对应的基准光功率与第一功率阈值进行比较，以此来确定第p次移动对应的基准伪随机码是否与该多路信号中的某路信号完全相关匹配。

23、基于上文描述，第一起点时延是指第一光信号从开始发送到第一光信号首次被反射和/或散射到发送端所经过的时长。所以，理论上发送端在第一起点时延之前接收到的各路信号的功率都比较小。也即是，按照上述步骤确定出的基准光功率会远小于发送端接收到的第一光信号首次被反射和/或散射对应的功率。通过这个规律，可以比较第p次移动对应的基准光功率和第p-1次移动对应的基准光功率。如果第p次移动对应的基准光功率大于第p-1次移动对应的基准光功率，且大于第一功率阈值，则第p次移动对应的基准光功率即为第一光信号首次被反射和/或散射的功率。因此，将第一步长与p相乘，能够得到第一起点时延。

24、其中，第一功率阈值是事先设置的。而且，第一功率阈值还可以按照不同的需求来调整。

25、(3)基于第一参考伪随机码和第一起点时延，对第一相干检测电流信号进行再次相关处理，以得到第一光时域反射曲线。

26、可选地，从第一伪随机码的码长周期的起始位置开始，先将第一参考伪随机码的相位按照第一起点时延进行移动，再从移动后的位置开始，按照第一步长对第一参考伪随机码的相位进行移动，每按照第一步长移动一次，得到一个第一基准伪随机码。当移动至第一伪随机码的码长周期的结束位置时，能够得到多个第一基准伪随机码。然后，通过频率为目标频率的带通滤波器，将第一相干检测电流信号的直流部分过滤掉，以得到第一相干交流信号，将第一相干交流信号分别与该多个第一基准伪随机码相乘后再进行快速傅里叶变换，从而得到多个第一基准电流信号，进而获取该多个第一基准电流信号中目标频率对应的电流值以得到多个电流值，并对该多个电流值进行平方处理以得到多个第一基准光功率。

27、由于光信号在光纤中传输时存在噪声干扰，且光信号的强度随着传输距离的增加而逐渐降低，所以，发送端按照上述过程确定出多个第一基准光功率之后，该多个第一基准光功率也会逐渐降低。假设，第q个第一基准光功率为首个功率不大于第二功率阈值的第一基准光功率。此时，表明第q个第一基准光功率对应的信号的强度小于噪声的强度，位于第q个第一基准光功率之后的各个第一基准光功率对应的信号的强度均小于噪声的强度，因此，将第q个第一基准光功率以及位于第q个第一基准光功率之后的各个第一基准光功率均剔除。基于前q-1个第一基准光功率生成第一光时域反射曲线。

28、由于一个第一基准光功率对应一个第一基准伪随机码，而第一基准伪随机码是对第一参考伪随机码按照第一步长进行相位移动后得到的，所以，一个第一基准光功率对应一个相位移动起点和一个相位移动终点，且该相位移动起点与该相位移动终点之间的间隔为第一步长。这样，在发送端按照上述方法确定出前q-1个第一基准光功率之后，对于该前q-1个第一基准光功率中的任一第一基准光功率，将该第一基准光功率对应的相位移动起点与第一光信号在光纤中的传播速度相乘，以得到该第一基准光功率对应的反射和/或散射位置的起点，将该第一基准光功率对应的相位移动终点与第一光信号在光纤中的传播速度相乘，以得到该第一基准光功率对应的反射和/或散射位置的终点。基于该第一基准光功率和第一光信号的光纤入射功率，按照下述公式(9)确定该反射和/或散射位置对应的反射和/或散射系数。之后，将前q-1个第一基准光功率中各个第一基准光功率对应的反射和/或散射位置的终点作为横轴上的点，将各个第一基准光功率对应的反射和/或散射系数作为纵轴上的点，从而生成第一光时域反射曲线。

29、其中，第二功率阈值与上述第一功率阈值可能相同，也可能不相同，本技术对此不做限定。

30、由于第一光信号是发送端将码宽较大的第一伪随机码调制后得到的，所以在测量距离增大的情况下，发送端接收到第一目标信号之后，能够快速地生成第一光时域反射曲线。

31、可选地，发送端按照上述步骤生成第一光时域反射曲线之后，还能够基于第一光时域反射曲线生成第一检测记录表，第一检测记录表包括光纤的反射位置，以及该反射位置对应的反射系数。当然，在实际应用中，第一检测记录表还可能包括其他的内容，本技术对此不做限定。

32、可选地，发送端将第二伪随机码调制到光载波的相位，以得到第二光信号，并通过光纤将第二光信号发送至接收端。

33、其中，第二伪随机码可以为任一伪随机码，只要第二伪随机码的码宽小于第一伪随机码的码宽即可。当然，第二伪随机码还可以基于第一伪随机码确定得到。比如，第二伪随机码是将第一伪随机码和第三伪随机码进行模二相加后得到的，第三伪随机码的码宽小于第一伪随机码的码宽。

34、可选地，第三伪随机码的码长周期大于第一伪随机码的码宽。例如，第三伪随机码的码长周期t3＝1.5*tr1，即第三伪随机码的码长周期等于第一伪随机码码宽的1.5倍。由于第二伪随机码是将第一伪随机码和第三伪随机码进行模二相加后得到的，设置第三伪随机码的码长周期大于第一伪随机码的码宽，便于后续基于第二参考伪随机码和第一光时域反射曲线，对第二相干检测电流信号进行相关处理。

35、发送端调制得到第二光信号的过程中，将第二伪随机码调制到光载波的相位的方式可以与上述调制得到第一光信号时将第一伪随机码调制到光载波的相位的方式相同。当然，也可以不同。

36、基于上文描述，发送端通过光纤将第二光信号发送至接收端，在发送端与接收端之间的光纤存在形变或者故障的情况下，当第二光信号经过这些形变或者故障位置时会被反射，从而得到反射信号。如果光纤中杂质颗粒的尺寸小于第二光信号的波长，当第二光信号经过这些杂质颗粒时会被散射，从而得到散射信号。这样，发送端接收到的第二目标信号包括多路反射信号和/或散射信号。

37、发送端基于第二目标信号、第一光时域反射曲线和第二参考伪随机码，生成第二光时域反射曲线，第二参考伪随机码的码宽与第二伪随机码的码宽相等，第二参考伪随机码的初始相位与第二伪随机码的初始相位相同。

38、其中，第二参考伪随机码是发送端基于第二伪随机码的码宽和生成多项式确定的。另外，第二参考伪随机码的初始相位与第二伪随机码的初始相位可以相同，也可以不同，本技术对此不做限定。

39、可选地，发送端按照下述步骤(1)-(2)，基于第二目标信号、第一光时域反射曲线和第二参考伪随机码，生成第二光时域反射曲线。

40、(1)对第二目标信号进行相干检测，以得到第二相干检测电流信号。

41、(2)基于第二参考伪随机码和第一光时域反射曲线，对第二相干检测电流信号进行相关处理，以得到第二光时域反射曲线。

42、第一光时域反射曲线中反射系数异常的区域为关键信号段，在实际应用中，第一光时域反射曲线可能包括多个反射系数异常的区域，即第一光时域反射曲线包括多个关键信号段。对于该多个关键信号段中的任一关键信号段，从该关键信号段的起始位置开始，按照第二步长对第二参考伪随机码的相位进行移动，每移动一次，得到一个第二基准伪随机码。当移动至该关键信号段的结束位置时，能够得到至少一个第二基准伪随机码。当通过上述过程在每个关键信号段内对第二参考伪随机码的相位都进行移动之后，能够得到多个第二基准伪随机码。通过频率为目标频率的带通滤波器，将第二相干检测电流信号的直流部分过滤掉，以得到第二相干交流信号，将第二相干交流信号分别与该多个第二基准伪随机码相乘后再进行快速傅里叶变换，从而得到多个第二基准电流信号，进而获取该多个第二基准电流信号中目标频率对应的电流值以得到多个电流值，并对该多个电流值进行平方处理以得到多个第二基准光功率。

43、由于一个第二基准光功率对应一个第二基准伪随机码，而第二基准伪随机码是对第二参考伪随机码按照第二步长进行相位移动后得到的，所以，一个第二基准光功率对应一个相位移动起点和一个相位移动终点，且该相位移动起点与该相位移动终点之间的间隔为第二步长。这样，在发送端按照上述方法确定出多个第二基准光功率之后，对于该多个第二基准光功率中的任一第二基准光功率，将该第二基准光功率对应的相位移动起点与第二光信号在光纤中的传播速度相乘，以得到该第二基准光功率对应的反射和/或散射位置的起点，将该第二基准光功率对应的相位移动终点与第二光信号在光纤中的传播速度相乘，以得到该第二基准光功率对应的反射和/或散射位置的终点。基于该第二基准光功率按照下述公式(9)确定该反射和/或散射位置对应的反射和/或散射系数。之后，将该多个第二基准光功率中各个第二基准光功率对应的反射和/或散射位置的终点作为横轴上的点，将各个第二基准光功率对应的反射和/或散射系数作为纵轴上的点，并结合第一光时域反射曲线中反射系数不异常的区域，即第一光时域反射曲线中-10logr与l呈一定线性关系的曲线，生成第二光时域反射曲线。

44、其中，第二步长是第二伪随机码码宽的一半。当然，在实际应用中，第二步长还可能是其他的数值，例如，第二步长小于第二伪随机码码宽的一半，本技术对此不做限定。

45、由于第二光信号是发送端将码宽较小的第二伪随机码调制后得到的，所以，发送端接收到第二目标信号之后，能够在第一光时域反射曲线的基础上精确地生成第二光时域反射曲线，从而精确地确定出光纤的反射系数和/或散射系数，进一步确定出光纤的形变或者故障位置。也就是说，本技术提供的方法能够在测量距离增大的情况下保持高测量精度，兼顾了测量距离和测量精度。

46、可选地，发送端按照上述步骤生成第二光时域反射曲线之后，还能够基于第二光时域反射曲线生成第二检测记录表，第二检测记录表包括光纤的反射位置，以及该反射位置对应的反射系数。当然，在实际应用中，第二检测记录表还可能包括其他的内容，本技术对此不做限定。

47、基于上文描述，第一光时域反射曲线是发送端按照第一步长将第一参考伪随机码的相位进行多次移动得到。由于发送端将第一参考伪随机码的相位进行移动的过程中可能存在误差，所以，为了更精确地生成第二光时域反射曲线，发送端基于第二目标信号、第一光时域反射曲线和第二参考伪随机码，生成第二光时域反射曲线之前，还需要基于第一步长确定测量误差，进而基于测量误差对第一光时域反射曲线进行修正。

48、发送端将第一光时域反射曲线中各个反射和/或散射位置的起点减去测量误差，将各个反射和/或散射位置的终点加上测量误差，以此来增大各个反射和/或散射位置的范围，从而实现对第一光时域反射曲线的修正。

49、发送端先基于测量误差对第一光时域反射曲线进行修正，以得到修正后的第一光时域反射曲线，进而基于第二目标信号、修正后的第一光时域反射曲线和第二参考伪随机码能够更精确地生成第二光时域反射曲线，从而进一步提高光链路的检测精度。

50、第二方面，提供了一种光链路检测装置，应用于发送端，所述光链路检测装置具有实现上述第一方面中光链路检测方法行为的功能。所述光链路检测装置包括至少一个模块，该至少一个模块用于实现上述第一方面所提供的光链路检测方法。

51、第三方面，提供了一种光链路检测设备，所述光链路检测设备包括处理器和存储器，所述存储器用于存储执行上述第一方面所提供的光链路检测方法的计算机程序。所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以实现上述第一方面所述的光链路检测方法。

52、可选地，所述光链路检测设备还可以包括通信总线，该通信总线用于该处理器与存储器之间建立连接。

53、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的光链路检测方法的步骤。

54、第五方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的光链路检测方法的步骤。或者说，提供了一种计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的光链路检测方法的步骤。

55、上述第二方面、第三方面、第四方面和第五方面所获得的技术效果与第一方面中对应的技术手段获得的技术效果近似，在这里不再赘述。