Page 39 - 网络电信2018年6月刊下

号，再经数据采集变为数字信号，进行信号处理解调出扰动信 使它们产生的后向瑞利散射光产生相移，φ-OTDR系统通过监测
息。在如上所述的φ-OTDR传感系统中，如果在时刻T，系统接 海底光缆中后向瑞利散射信号曲线的变化，来判断海底光缆上
收到的后向瑞利散射信号f R 为： 的外界扰动信息。当海底光缆某处受扰动时其后向瑞利散射信
f R =E R (t)exp{j[ωt+φ R (t)]} (1) 号如图3所示。
式中：E R （t）为相干后向瑞利散射信号的振幅，φ R （t）
图３ 海底光缆某处产生扰动时后向瑞利散射信号曲线
为相干后向瑞利散射信号的相位，ω为入射光脉冲的频率。
后向瑞利散射信号与本地参考信号经耦合器2产生拍频信
号，最终经过光电探测器后，得到的电信号c（T）为：
C(t)＝4E R （t）Ec（t）cos[Δωt＋φ(T)]cosθ(t)（2）
式中：Ec(t)为参考信号振幅，Δω为经声光移频器产生的频
移，φ(t)为本地参考光信号与瑞利散射光信号之间的相位差，
θ(t)为E c (t）和E R （t）间的相对偏振角。
如果在时刻t光纤受到扰动，则此时接收到的受扰动影响的
后向瑞利散射信号f Ｖ 可表示为：
f Ｖ ＝ E R （t）eｘp｛j[ωt＋φ R （t）＋φ Ｖ (t)]｝ （3）
式中：φ Ｖ (t)为扰动引起的瑞利散射信号的相位变化。
参考信号没有变化，此时经光电探测器得到的电信号C′
（t）为：
C'(t)＝4E R (t)E c (t)cos[ΔωT＋φ'(t)]cosθ(t) （4）
φ'(t)＝φc(t)-φ R (t)-φ Ｖ (t) （5）
式中：φc(t)为参考信号相位。扰动引起的瑞利散射信号
的相位变化最终会导致其振幅E R (t)发生变化，从而使C'(t)产
图４ 基于φ-ＯＴＤＲ的海底光缆监测系统结构
生变化。因此，通过对C'(t)进行信号处理就可以解调出扰动信
号的频率和位置等信息。
2、φ-OTDR定位原理
φ-OTDR传感系统是基于后向瑞利散射信号进行定位的。当
探测脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在的微观不均匀性或
者外力引起光纤折射率的变化会引起瑞利散射。若通过同步时
钟得到从发出探测光脉冲到其后向瑞利散射信号返回到探测器
所用时间为τ，则扰动事件发生位置与探测器间的距离l的计算
公式为：
（6）

式中：c为光在真空中的速度；n为光纤的折射率；除以2
是因为在时间τ内，探测光脉冲及其后向瑞利散射信号所走路
程为2l。
三、试验及结果分析
二、φ-OTDR应用于海底光缆扰动监测的原理 1、试验系统结构
φ-OTDR传感系统相比较于其他OTDR系统具有定位精度高、 试验中利用现有的海底光缆进行了基于φ-OTDR的海底光缆
监测系统的搭建，其结构示意图如图4所示。在机房a发送方向
灵敏度高、可以同时对多点扰动进行监测和定位等优点，因此
上，激光器产生一束用于监测海底光缆的光信号，经eDfa放大
可将其应用于海底光缆监测中。基于φ-OTDR的海底光缆扰动监
后被送入到合成分解模块；合成分解模块将监测光信号与通信
测系统利用监测的海底光缆作为传感线路，实现对海底光缆进
设备发送的业务光信号的合成光信号发送至海底光缆中，传送
行实时监测，并对海底光缆的扰动进行判别和定位，以对渔业
到机房b；在接收方向上，合成分解模块接收到来自海底光缆的
拖拽、船只锚泊、海底地壳活动等可能对海底光缆造成破坏的
合成光信号，并将其分解，将分解出来的后向瑞利散射信号发
活动发出预警。
送给光电探测器，将分解出来的业务光信号发送给通信设备；
基于φ-OTDR的海底光缆监测系统包括海底光缆部分、传感
光电探测器将收到的后向瑞利散射光信号转换为电信号，再送
部分和信号处理部分等。当海底光缆附近有海底地壳活动、船
至信号处理模块进行分析和处理；操作室用于对整个传输网络
只落锚、潜行器航行等自然和人为活动时，会使得海底光缆附
中所有设备的管理、配置，并通过它完成相关操作。
近的海水产生频率、幅度等不同的振动。这些振动会引起海底
光缆的扰动，导致在海底光缆中传播的光的相位的变化，这将 2、试验结果分析
网络电信 二零一八年六月 65