專利名稱：光纜、光電復(fù)合纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子及信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光纜、光電復(fù)合纜的外 部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)。
技術(shù)背景光纜和光電復(fù)合電纜是目前光通信行業(yè)和電力行業(yè)廣泛采用的一種信息傳 輸介質(zhì)，光纜和光電復(fù)合電纜的運(yùn)營安全關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定和國家經(jīng)濟(jì)利益的 保障。因此對(duì)光纜和光電復(fù)合電纜運(yùn)營過程中的外部侵害事件進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的 預(yù)警和定位監(jiān)測是保證其安全運(yùn)營的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的光纜和光電復(fù)合電纜的損害檢測主要采用光時(shí)域反射計(jì)(OTDR) 來進(jìn)行，這種技術(shù)只能在光纜已經(jīng)被侵害事件破壞產(chǎn)生光纜內(nèi)光纖斷裂的情況 下才有效，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)侵害事件的實(shí)時(shí)在線檢測，而且對(duì)斷點(diǎn)的定位精度會(huì)隨 著光纜長度的增加而降低。另外一種監(jiān)測方法是采用光纖光柵等具有應(yīng)力應(yīng)變 敏感特性的傳感器件對(duì)光纜進(jìn)行安全檢測的話，這種方法必須在光纜內(nèi)加入光 纖光柵器件，從而破壞了光纜本身的傳輸特性，因此這些方法都無法在現(xiàn)有的 通信光纜或者光電復(fù)合電纜上實(shí)現(xiàn)在線應(yīng)用?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的光纜在線監(jiān)測系統(tǒng)都是在事件發(fā)生之后報(bào)警，此時(shí)，事件產(chǎn)生 的破壞已經(jīng)形成，應(yīng)急機(jī)制的作用只能是通訊的恢復(fù)；若發(fā)生數(shù)據(jù)盜取，目前 還沒有技術(shù)能力可以事前，甚至是事后報(bào)警。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)的不足而提供一種能提前預(yù)警、準(zhǔn)確定 位、使用簡單及適用范圍廣的光纜、光電復(fù)合電纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種光纜、光電復(fù)合電纜的外部安全 預(yù)警和定位系統(tǒng)，主要包括光纖傳感光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件，其 中光纖傳感光學(xué)系統(tǒng)為雙向共光路分布式光纖干涉儀，信號(hào)處理系統(tǒng)為DFB半 導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)電路、溫度控制電路、PIN探測器電路及AD轉(zhuǎn)換采集電 路，系統(tǒng)軟件包括前端采集和預(yù)處理軟件包、小波分析與特征提取軟件包、時(shí)3延判斷軟件包和用戶界面。在光學(xué)系統(tǒng)中，所述的雙向共光路分布式光纖干涉儀，采用兩個(gè)相同的偏 振無關(guān)的光纖分光器與通信光纜或者光電復(fù)合電纜中的傳感用單模光纖共同構(gòu) 成等臂長的干涉儀；DFB半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光經(jīng)過光隔離器后，采用光纖分 光器分成等光強(qiáng)的兩路，分布經(jīng)過不同的傳輸光纖輸入到干涉儀的兩端。為了 使兩路干涉信號(hào)的附加相位差一致，正反兩個(gè)方向的光進(jìn)入構(gòu)成干涉儀的分光 器后，必須通過直通臂直接相連。兩路干涉信號(hào)通過不同的光纖回到接收端， 經(jīng)過PIN探測器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，獲得兩路波形一致的干涉信號(hào)，然后 經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入系統(tǒng)軟件進(jìn)行預(yù)處理，然后通過小波分析提取 特征，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算，識(shí)別事件。當(dāng)事件識(shí)別完成后，根據(jù)事件性質(zhì)， 采用時(shí)延算法對(duì)事件的發(fā)生位置進(jìn)行定位，最終完成對(duì)侵害事件的預(yù)警和定位。本發(fā)明利用通信光纜或者光電復(fù)合電纜內(nèi)的光纜本身作為敏感器件，結(jié)合雙向同光路偏振無關(guān)的分布式光纖干涉儀技術(shù)，并結(jié)合小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行外部安全預(yù)警和定位。本發(fā)明得到的一種光纜、光電復(fù)合電纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)，結(jié)合 DFB半導(dǎo)體激光器和雙向共光路光纖干涉技術(shù)原理，大幅提高報(bào)警信號(hào)信噪比；基于多波帶時(shí)頻譜特征分析的信號(hào)預(yù)處理算法的事件判斷，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種不 同威脅通信鏈路和數(shù)據(jù)安全的侵入事件的精確判斷，可以對(duì)多目標(biāo)和多事件進(jìn) 行判斷；以變換域空間信號(hào)距離為激勵(lì)函數(shù)設(shè)計(jì)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的實(shí)時(shí)訓(xùn)練和自學(xué)習(xí)；基于自適應(yīng)濾波技術(shù)和小波廣義相關(guān)技術(shù)針對(duì)不同的 事件進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，可以實(shí)現(xiàn)多事件的實(shí)時(shí)定位。本發(fā)明所得到的一種光纜、光電復(fù)合電纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)，對(duì) 通信光纜的實(shí)時(shí)安全報(bào)警及準(zhǔn)確定位系統(tǒng)可在破壞事件發(fā)生前提前預(yù)警，使通 訊維護(hù)單位在事件發(fā)生前就可以采取相應(yīng)的防范措施，從而可以避免破壞帶來 的直接損失，如光纖修護(hù)的材料及人工費(fèi)用等；避免帶來的間接損失，如光纖 使用單位的通訊中斷賠償?shù)龋槐苊馄茐膸淼膶?duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的負(fù)面影響；提 前采取措施，避免數(shù)據(jù)的被盜。對(duì)于光纖骨干網(wǎng)，特別是長距離光纖骨干網(wǎng)而言，除了對(duì)事件有提前相應(yīng) 外，對(duì)事件發(fā)生的防范措施的實(shí)施的及時(shí)性及有效性將更為重要，通信光纜的實(shí)施安全報(bào)警及準(zhǔn)確定位系統(tǒng)的100米定位精度為此提供了充分的技術(shù)保障， 從而可以達(dá)到的效果是節(jié)約了事件防范的排査時(shí)間，為事件發(fā)生的防范措施 提供了時(shí)間余量；使相關(guān)人員能就近到達(dá)時(shí)間現(xiàn)場，提高了人員的使用效率； 從技術(shù)層面為數(shù)據(jù)盜取事件的偵破提供了事實(shí)依據(jù)。本發(fā)明提供的光纜、電纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)，無需在現(xiàn)有的光纖 網(wǎng)絡(luò)上做任何施工，只需在通訊光纖的節(jié)點(diǎn)兩端安裝本發(fā)明的系統(tǒng)，即可達(dá)到 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能，因此，本發(fā)明的系統(tǒng)不僅適用于陸地環(huán)境，也適用于水下環(huán) 境，使之使用簡單、適用環(huán)境廣闊。


圖1是光纜/電纜外部安全預(yù)警與定位系統(tǒng)總體構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2處理單元構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖；圖3主機(jī)系統(tǒng)構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為光纜及光電復(fù)合電纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)框圖。 其中(a)前端感應(yīng)單元(b)后端感應(yīng)單元(c)主機(jī)服務(wù)器及軟件系統(tǒng) (d)控制單元(e)處理單元具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纜及光電復(fù)合電纜外部安全預(yù) 警與定位系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。實(shí)施例本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纜及光電復(fù)合電纜外部安全預(yù)警與定位系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu) 建如圖1，系統(tǒng)由操作人員通過主機(jī)程序進(jìn)行控制。操作人員通過主機(jī)程序界 面啟動(dòng)系統(tǒng)并加載系統(tǒng)所安裝地點(diǎn)的電子地圖。在通過相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)后操作人 員針對(duì)系統(tǒng)環(huán)境和具體要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。程序啟動(dòng)后傳感器開始實(shí)時(shí)的對(duì)通 信光纖進(jìn)行監(jiān)控，不斷的向感應(yīng)單元發(fā)送激光信 作為輸入激勵(lì)，同時(shí)把接收 得到的光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)并進(jìn)行濾波和放大。完成上述處理后的信號(hào)將通過高速AD采集板轉(zhuǎn)化為采樣率很高的數(shù)字信號(hào)傳送給控制單元進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào) 分析和處理?？刂茊卧纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)是安裝前訓(xùn)練好的。通過控制單元，系統(tǒng)實(shí) 時(shí)對(duì)釆集到的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別以判斷是否有事件發(fā)生。如果判斷冇事件發(fā)生則對(duì) 事件進(jìn)行定位獲取其位置信息并通過報(bào)警接口向主機(jī)進(jìn)行預(yù)警及報(bào)警。每次事 件識(shí)別成功后將由主機(jī)反饋典型事件信息并存入典型數(shù)據(jù)庫。同時(shí)控制單元將 會(huì)利用典型數(shù)據(jù)庫內(nèi)新的信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行反饋加強(qiáng)訓(xùn)練。 一旦從控制單元接收 到報(bào)警信息，系統(tǒng)將在電子地圖自動(dòng)在發(fā)生事件的位置上顯示報(bào)警信息。同時(shí) 系統(tǒng)還可以根據(jù)操作人員的配置自動(dòng)或手動(dòng)的啟動(dòng)第三方的輔助監(jiān)控設(shè)備如攝 像頭等裝置進(jìn)行事件的進(jìn)一步確認(rèn)或驅(qū)動(dòng)繼電器啟動(dòng)應(yīng)急的方案。事件的詳細(xì) 信息將存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)往其他平臺(tái)。事件得到確認(rèn)后將作為典型 事件反饋回控制單元用以加強(qiáng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。其中各單元模塊介紹1) 前端感應(yīng)單元2211與末端感應(yīng)單元2221:如圖1所示，為分布式光纖傳感光學(xué)系統(tǒng)的連接組網(wǎng)端接單元，與被監(jiān)測 光纜一起構(gòu)成偏振無關(guān)的雙向共光路分布式光纖干涉儀。偏振無關(guān)的光纖分光 器4和5與通信光纜中的光纖61， 62共同構(gòu)成Mach-Zehnder千涉儀；來自激 光光源的光從光纖1進(jìn)入到隔離器2和偏振控制器7后，經(jīng)過光纖分光器3的 輸入端31 ，分別從輸出端312和321輸出；輸出端312的光通過分光器4的輸 入端411進(jìn)入光纖干涉儀，從分光器5的輸出端522輸出，經(jīng)過光纖63回到接 收端81;輸出端321的光通過光纖64輸入到分光器5的輸入端512進(jìn)入光纖 干涉儀，從分光器4的輸出端421輸出，回到接收端82。2) 處理單元3211:處理單元結(jié)構(gòu)如圖2所示，由激光器、光發(fā)光收驅(qū)動(dòng)電路、光電轉(zhuǎn)換電路、 激光器功率控制電路、模擬放大和濾波器、高速AD采集板等部件組成，主要用 來完成激光的發(fā)送、接收和功率調(diào)整。系統(tǒng)不斷的向感應(yīng)單元發(fā)送激光信號(hào)作 為輸入激勵(lì)，同時(shí)把接收得到的光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)并進(jìn)行濾波和放大。完成上 述處理后的信號(hào)將通過高速AD采集板轉(zhuǎn)化為采樣率很高的數(shù)字信號(hào)傳送給控 制單元進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào)分析和處理。3) 控制單元4211:由小波子帶分解、特征向量生成、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別、事件定 位、報(bào)警接口等部件組成。該單元首先對(duì)處理單元傳送過來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行小 波子帶分解，然后根據(jù)分解的結(jié)果獲取各子帶的時(shí)頻及能量特征作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 輸入的特征向量。根據(jù)實(shí)際環(huán)境取得樣本對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練從而得到所需的 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。之后系統(tǒng)便可以實(shí)時(shí)的對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別以判斷是否有 事件發(fā)生。如果判斷有事件發(fā)生則對(duì)事件進(jìn)行定位獲取其位置信息并通過報(bào)警 接口向主機(jī)進(jìn)行預(yù)警及報(bào)警。每次事件識(shí)別成功后將由主機(jī)反饋典型事件信息 并存入典型數(shù)據(jù)庫。同時(shí)控制單元將會(huì)利用典型數(shù)據(jù)庫內(nèi)新的信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 反饋加強(qiáng)訓(xùn)練。4) 主機(jī)系統(tǒng)及主機(jī)軟件主機(jī)系統(tǒng)如圖3、圖4所示，包括系統(tǒng)集成控制、第三方設(shè)備控制、繼電器驅(qū)動(dòng)、用戶界面、典型事件確認(rèn)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信以及電子地圖等部 件。主機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到控制，參數(shù)設(shè)置，局域網(wǎng)組網(wǎng)，控制第三方公司提供 的輔助監(jiān)控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)繼電器啟動(dòng)應(yīng)急裝置，存儲(chǔ)并發(fā)送報(bào)警日志信息到指定 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等功能。操作人員可以通過主機(jī)程序界面啟動(dòng)系統(tǒng)并加載系統(tǒng)所安裝 地點(diǎn)的電子地圖。在通過相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)后操作人員還可以針對(duì)系統(tǒng)環(huán)境和具體 要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 一旦從控制單元接收到報(bào)警信息，系統(tǒng)將在電子地圖自動(dòng) 在發(fā)生事件的位置上顯示報(bào)警信息。同時(shí)系統(tǒng)還可以根據(jù)操作人員的配置自動(dòng) 或手動(dòng)的啟動(dòng)第三方的輔助監(jiān)控設(shè)備如攝像頭等裝置進(jìn)行事件的進(jìn)一步確認(rèn)或 驅(qū)動(dòng)繼電器啟動(dòng)應(yīng)急的方案。同時(shí)事件的詳細(xì)信息將存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫并通過網(wǎng) 絡(luò)發(fā)往其他平臺(tái)。事件得到確認(rèn)后將作為典型事件反饋回控制單元用以加強(qiáng)神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。
權(quán)利要求
1、一種光纜、光電復(fù)合電纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)，主要包括光纖傳感光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件，其特征是所述的光纖傳感光學(xué)系統(tǒng)為雙向共光路分布式光纖干涉儀，信號(hào)處理系統(tǒng)為DFB半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)電路、溫度控制電路、PIN探測器電路及AD轉(zhuǎn)換采集電路，系統(tǒng)軟件包括前端采集和預(yù)處理軟件包、小波分析與特征提取軟件包、時(shí)延判斷軟件包和用戶界面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在光學(xué)系統(tǒng)中， 一種光纜、光電復(fù)合電纜的外部安 全預(yù)警和定位系統(tǒng)，其特征是所述的雙向共光路分布式光纖干涉儀，采用 兩個(gè)相同的與偏振無關(guān)的光纖分光器與通信光纜或者光電復(fù)合電纜中的 傳感用單模光纖共同構(gòu)成等臂長的干涉儀；DFB半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光 經(jīng)過光隔離器后，采用光纖分光器分成等光強(qiáng)的兩路，分布經(jīng)過不同的傳 輸光纖輸入到干涉儀的兩端；正反兩個(gè)方向的光進(jìn)入構(gòu)成干涉儀的分光器 后，通過直通臂直接相連；兩路千涉信號(hào)通過不同的光纖回到接收端，經(jīng) 過PIN探測器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，獲得兩路波形一致的干涉信號(hào)，然 后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入系統(tǒng)軟件進(jìn)行預(yù)處理，然后通過小波分 析提取特征，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算，識(shí)別事件；當(dāng)事件識(shí)別完成后，根 據(jù)事件性質(zhì)，采用時(shí)延算法對(duì)事件的發(fā)生位置進(jìn)行定位，最終完成對(duì)侵害 事件的預(yù)警和定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纜、光電復(fù)合電纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)，主要包括光纖傳感光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件，其中光纖傳感光學(xué)系統(tǒng)為雙向共光路分布式光纖干涉儀，信號(hào)處理系統(tǒng)為DFB半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)電路、溫度控制電路、PIN探測器電路及AD轉(zhuǎn)換采集電路，系統(tǒng)軟件包括前端采集和預(yù)處理軟件包、小波分析與特征提取軟件包、時(shí)延判斷軟件包和用戶界面。這種光纜、光電復(fù)合電纜的外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)，對(duì)通信光纜的實(shí)時(shí)安全報(bào)警及準(zhǔn)確定位系統(tǒng)可在破壞事件發(fā)生前提前預(yù)警，使通訊維護(hù)單位在事件發(fā)生前就可以采取相應(yīng)的防范措施，從而可以避免破壞帶來的直接損失。
文檔編號(hào)G01N21/41GK101566586SQ20081006039
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
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