Page 38 - 网络电信2018年6月刊下

解 决 方 案

φ-OTDR在海底光缆扰动监测中的应用研究

李少卿，吴学智，余贝
海军工程大学 电子工程学院

摘要：海底光缆在通信领域有着不可替代的
地位，由于其敷设环境复杂，常受自然和人为因
素的破坏。将φ-OTDR（相位敏感光时域反射）技
术应用于海底光缆监测中，即以海底光缆作为传
感光纤，加载基于φ-OTDR的光纤传感技术，对海
底光缆进行实时监测。通过试验验证了该技术能
够对外力引起的海底光缆扰动进行识别和定位，
对提高海底光缆的可靠性有重要意义。
关键词：海底光缆；相位敏感光时域反射；扰
动监测

引 言 图１ 后向瑞利散射产生原理
我 国 拥 有 6 5 0 0 多 个 海 洋 岛 屿 ， 大 陆 和 海 岸 线 总 长 达
一万八千多公里，海底光缆是洲际之间、岛屿与大陆和岛屿与
岛屿之间的通信系统的重要组成部分。海底光缆通信具有较好
的保密性能、较强的抗干扰能力，而且通信质量高、稳定可
靠，在远距离通信中发挥着至关重要的作用，成为不可替代的
[1]
重要通信手段 。但是海洋环境十分复杂，有许多因素会造成
海底光缆的破坏。例如，海底地壳运动引起的断层、海啸、海
洋生物撕咬等自然因素和海洋渔业、船只锚泊以及对海底光缆 图2 基于外差检测的φ－ＯＴＤＲ系统结构
进行窃听等人为因素都会对海底光缆通信造成极大危害 [2-5] ，严
重影响了海底光缆通信的可靠性，成为海底光缆发展的掣肘。
因此，对海底光缆故障预警、定位和故障类型识别，对于保障
海底光缆正常使用非常重要。
光纤某点产生扰动时会导致该位置的光相位发生变化，
从而导致瑞利散射光相位的改变，最终导致干涉结果的变
化 [6] ，φ-OTDR（Phase-sensitive Optical Time-Domain
Reflection，相位敏感光时域反射）技术就是通过检测这种变
化来获得扰动信息。本文将φ-OTDR应用于海底光缆监测，通过
试验证明，该技术能够实现对扰动信号的检测和定位。

相互干涉的信号。但在实际应用中，后向瑞利散射相干信号十
一、φ-OTDR技术及其定位原理
1、φ-OTDR工作原理 分微弱，直接检测有一定的困难，因此有研究者提出了一种基
[7]
光在光纤中传播时，会不断地产生后向瑞利散射光，如 于外差检测的φ-OTDR分布式光纤传感系统 ，其结构如图2所
示。
图1所示。瑞利散射光的频率与入射光的频率相同，属于弹性
在基于外差检测的φ-OTDR分布式光纤传感系统中窄线宽
散射。当传感光纤受外界扰动时，会引起相应位置的光相位变
激光器发出的光经耦合器1被分为两部分，一部分经脉冲调制器
化，最终导致后向瑞利散射信号干涉强度的变化，φ-OTDR正是
调制作为入射光脉冲，并通过掺铒光纤放大器（eDfa）放大，
通过检测后向瑞利散射干涉信号振幅变化来判定扰动，并根据
一部分用作为本地参考信号；系统采用相干检测方式，本地参
时延确定扰动位置。φ-OTDR分布式光纤传感系统使用的是窄线
考信号经过声光移频器移频后，经耦合器2与后向瑞利散射信号
宽的激光器，而且其光源是强相干光，因此φ-OTDR传感系统
进行拍频，得到拍频信号；拍频信号经光电探测器转换为电信
中光电探测器接收到的是入射光线宽范围内所有后向瑞利散射
64 网络电信 二零一八年六月