CN103808492B - 一种otdr采集数据的曲线显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OTDR采集数据的曲线显示方法，用于对一光时域反射计采集到的若干数据进行显示，该曲线显示方法包括如下步骤：分组步骤，对所有检测数据进行排序并分组；取值步骤，从每组中选取两个数据作为特征值点；显示步骤，依次显示所有特征值点。本发明具有以下有益效果：提高测试曲线显示准确率，减少丢事件现象，对于非熟练测试者也可正确判断事件点；对测试曲线中的高斯噪声有较好的抑制作用。在对曲线进行放大时，不会出现突兀的窄反射峰；在对曲线进行压缩时，也不会导致窄反射峰突然消失；因此在不同的显示比例下，均可获得相似的显示曲线，从而提高了测试曲线显示的准确率及一致性。

Description

一种OTDR采集数据的曲线显示方法

技术领域

本发明属于光时域反射技术领域，具体涉及一种OTDR采集数据的曲线显示方法。

背景技术

在使用光时域反射计进行光纤检测时，需要将检测到的数据显示为测试曲线，测试曲线的横坐标为光纤的距离位置，纵坐标为各个数据的特征值，操作者通过观察测试曲线上有无反射峰或反射峰的位置来判断被测光纤链路中有无故障或故障点的距离位置。对于一幅测试波形，由于采集的数据点非常多，而显示器件的分辨率有限，在一帧画面中无法清楚准确地显示全部的采集数据，因此，通常采用波形缩放显示技术即对采集的数据抽点显示。但是当水平方向压缩较大时，测试曲线上较窄的反射峰将无法显示出来，容易使非熟练的测试者产生判断错误，认为测试曲线上没有反射峰；而对于经验丰富的操作者，为了观察测试曲线上有无反射峰，必须将测试曲线逐段沿横坐标方向尽量放大，才能准确地判定测试曲线上有无较窄的反射峰，造成实际测试的不方便。为了在波形压缩状态下也能显示出波形中的所有较窄反射峰，有些现有技术采用对采集数据进行分组，对每组数据求算术平均值，将该算术平均值作为特征值进行显示。采用算数平均值的方法虽然在一定程度上解决了较窄的反射峰无法显示的问题，但是采用此种方法在不同缩放比例下，显示的曲线存在一定程度的差异性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种OTDR采集数据的曲线显示方法，具体的技术方案如下：

一种OTDR采集数据的曲线显示方法，用于对一光时域反射计采集到的若干数据进行显示，该曲线显示方法包括如下步骤：

分组步骤：预设一分组系数，分组系数为整数；根据显示屏的总像素值，将总像素值除以分组系数获得的值向上取整，得到一整数值，将整数值作为分组数；根据每个数据对应的光纤位置距离由近到远，对所有数据进行排序；根据分组数，对排序后的所有数据进行顺序分组；

取值步骤：对每组数据进行一次遍历，查找每组数据中的最大值和最小值，同时，计算该组数据的极值斜率k、平均斜率a和斜率方差e；根据极值斜率k、平均斜率a以及斜率方差e进行判断，选取该组数据中的两个数据的两个特征值点；所述极值斜率k是指最大值与最小值之间的斜率；

显示步骤：根据在所有数据中的排序，依次显示所有特征值点；其中，设分组系数为N，每N个像素显示两个特征值点。

作为优化方案，分组系数的取值范围为4~6。

作为优化方案，取值步骤进一步包括：

当极值斜率k与平均斜率a的误差较大时，取最大值和最小值为该组数据的两个特征值点；

当极值斜率k与平均斜率a的误差较小且斜率方差e较小时，取该组数据中光纤位置距离1/3和2/3处的两个数据为该组数据的两个特征值点。

作为优化方案，显示步骤还包括：通过直线将显示的各特征值点依次相连。

作为优化方案，进一步包括：

缩放步骤：对某一组数据再次进行分组步骤、取值步骤以及显示步骤。

作为优化方案，选择至少一组中的全部数据切换到显示屏上同时显示。

作为优化方案，选择至少一组中的全部数据在子显示屏上同时显示。

作为优化方案，在子显示屏上动态地显示全部光纤曲线图，具体为对取值步骤中获得的所有组中的所有特征值点再次进行分组步骤、取值步骤以及显示步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）提高测试曲线显示准确率，减少丢事件现象，对于非熟练测试者也可正确判断事件点；对测试曲线中的高斯噪声有较好的抑制作用。

（2）由于采取分组后抽取特征点而非算术平均的方式，在对曲线进行放大时，不会出现突兀的窄反射峰；在对曲线进行压缩时，也不会导致窄反射峰突然消失；因此在不同的显示比例下，均可获得相似的显示曲线，从而提高了测试曲线显示的准确率及一致性；

（3）本发明优化了抽取特征点时数据计算处理的流程，能够在最短的时间内获得所需的特征点，不会因数据运算的复杂化而导致运算速度降低。

附图说明

图1本发明的总流程图；

图2为原始数据的显示曲线图；

图3为采用本发明的显示曲线图一；

图4为采用本发明的显示曲线图二；

图5为采用本发明的显示曲线图三；

图6为采用平均值法的显示曲线图一；

图7为采用平均值法的显示曲线图二。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

实施例1：

如图1所示，一种OTDR采集数据的曲线显示方法，用于对一光时域反射计采集到的若干数据进行显示，该曲线显示方法包括如下步骤：

分组步骤：预设一分组系数N，该分组系数N为整数；为了获取最佳的显示效果，分组系数的取值范围一般设为4~6。根据显示屏的总像素值P，将总像素值P除以分组系数N获得的值向上取整，得到一整数值，将整数值作为分组数M，即；根据每个数据对应的光纤位置距离由近到远，对所有数据进行排序。根据分组数M，对排序后的所有数据进行顺序分组，设总数据量为D，每组的数据量为D/M。

取值步骤：对每组数据进行一次遍历，查找每组数据中的最大值max和最小值min，同时，计算该组数据的极值斜率k、平均斜率a和斜率方差e；根据极值斜率k、平均斜率a以及斜率方差e进行判断，选取该组数据中的两个数据作为两个特征值点。

当极值斜率k与平均斜率a的误差较大时，取最大值max与最小值min为该组数据的两个特征值点；这里的误差较大是指：误差大于平均斜率a的20%。

当极值斜率k与平均斜率a的误差较小且斜率方差e也较小时，取该组数据中光纤位置距离1/3和2/3处的两个数据为该组数据的两个特征值点；这里的误差较小是指：误差小于平均斜率a的20%；斜率方差e较小是指：斜率标准差（即斜率方差e的算数平方根）小于20%。

极值斜率k是指该组数据的最大值max与最小值min之间的斜率，极值斜率k的求取方法为：计算最大值max和最小值min两点之间纵坐标（数据的功率值）的差值并除以横坐标（光纤位置距离）的差值。所谓的平均斜率a，就是将当前组内相邻各数据之间的斜率求和后平均。斜率方差e，顾名思义，为当前组内相邻各数据之间的斜率与平均斜率a之差的平方和的平均数。

由于当前组内相邻各数据点在横坐标（光纤位置距离）上是等差分布的，因此，可以将相邻各数据点横坐标差值视为1，平均斜率a经等效变换后，等于相邻各数据点差值的平均。斜率方差e的情况与平均斜率a类似，经等效变换后，等于各数据点差值方差。由此可见，根据极值斜率k、平均斜率a以及斜率方差e可以判断出该组数据生成曲线的形状：当极值斜率k与平均斜率a的误差较大时，曲线呈波状，此时取最大值和最小值为特征值点不容易丢失事件，可以得到较好的显示效果；当k与a的误差较小且e也较小时，曲线呈线状，此时取该组数据中光纤位置距离1/3和2/3处的两个数据为该组数据的两个特征值点，这样可以消除锯齿，提高显示效果；若针对线状曲线也采取最大值、最小值的方式，对于生成的曲线将会产生阶梯状的锯齿，显示效果不佳。

由于获取最大值和最小值是通过遍历该组中所有数据，进行比较大小后获得的，现行的CPU指令原理决定了在进行数值大小判断时，实质是执行减法运算；而前文中描述了极值斜率k、平均斜率a以及斜率方差e也是需要通过减法运算计算差值的，因此仅需要一次遍历所有数据，即可同时求得最大值max、最小值min、极值斜率k、平均斜率a以及斜率方差e。由此可见，尽管运算过程比算术平均的方式复杂，但是并没有导致运算速度变慢。

显示步骤：根据在所有数据中的排序，依次显示所有特征值点；其中，每N个像素显示两个特征值点。为保证显示出的曲线的完整性和连贯性，在本实施例中，通过直线将各特征值点依次相连。

若要对测试曲线进行缩放，查看某一组数据的曲线，则可以进一步包括：

缩放步骤：对某一组数据再次进行分组步骤、取值步骤以及显示步骤。

本发明还可以选择不同的测试曲线的显示方式，包括：选择至少一组中的全部数据切换到显示屏上同时显示；选择至少一组中的全部数据在子显示屏上同时显示；在子显示屏上动态地显示全部光纤曲线图。

这里的动态地显示全部光纤曲线图是指一种预览模式，即通过预览窗口显示全部数据曲线缩略图，动态地显示全部光纤曲线图的方法具体为：对取值步骤中获得的所有组中的所有特征值点再次进行分组步骤、取值步骤以及显示步骤。

在现有技术中，预览窗口显示全部数据时，常规方法有两种，一种是采用图像缩放的方式，进行大量的运算，将全部数据曲线缩小到预览窗口大小；另一种则根据预览窗口大小，对数据重新进行分段并求均值，然后绘制。但是这两种方法均存在技术缺陷：对于第一种方法，数据运算量较大；对于第二种方法，仍然存在一定的数据运算量，并伴有曲线失真的问题。而采用上段公开的动态地显示全部光纤曲线图的方法则可已显著降低运算量，并保证曲线不失真。

下面举实例进行说明，设发射波长为10ns的脉冲光，测试光纤长度为25km，设每1m长度的光纤可采集到一个数据，总共可采集到25000个数据；设显示屏的像素为500。

分组步骤：将分组系数设为4，这里设置分组系数目的在于显示屏的目标显示区域进行分组划分，根据显示屏的分辨率确定适当的显示精度。通常将分组系数设为4可以获得最佳的显示效果。将显示屏的500个像素分为4组共获得125组，分组数为125。分组后的每组的数据量为25000/125=200。

取值步骤：在每组的200个数据中抽取两个特征值点，所有组共选取出250个特征值点。

显示步骤：根据在所有数据中的排序，即每个数据对应的光纤位置距离由近到远，将选取出的250个特征值点依次显示在显示屏上，每个特征值点的横坐标为该数据对应的光纤位置距离（单位为m或km，可根据缩放的比例确定），纵坐标为该数据的功率（单位为dB）。其中，根据分组步骤中设定的分组系数，每4个像素显示各组中的2个特征值点。再通过直线将各特征值点依次相连，形成OTDR测试曲线。

本发明提高了测试曲线显示的准确率，减少丢失件现象，下面通过一个实例将采用本发明提供的曲线显示方法与采用平均值法的曲线显示方法进行比较。为了便于说明，该实例不限定横坐标和纵坐标的计量单位，纵坐标的单位区间为0~100，每个数据的功率值与纵坐标对应；横坐标的单位区间为0~50，每个数据的光纤距离位置与横坐标对应。假设一组原始数据（共50个），按横坐标从0到50依次为：22、23、89、66、67、66、65、66、65、64、64、63、63、62、62、61、62、61、60、76、42、42、41、41、40、40、39、38、36、35、36、35、35、34、33、33、32、32、66、45、53、24、15、23、16、25、17、23、14、22。原始数据的显示曲线如图2所示。

采用本发明提供的曲线显示方法，先进行分组，设每组的数据量为5，抽取的特征值点（共20个）分别为：22、89、66、64、64、62、60、76、42、40、40、35、36、33、32、66、53、15、25、14。其显示曲线如图3所示。

采用本发明提供的曲线显示方法，先进行分组，设每组的数据量为4，抽取的特征值点（共25个）分别为：22、89、67、65、65、63、63、61、60、76、42、41、40、38、36、35、35、33、32、66、53、15、16、25、18。其显示曲线如图4所示。

采用本发明提供的曲线显示方法，先进行分组，设每组的数据量为10，抽取的特征值点（共10个）分别为：22、89、60、76、42、35、32、66、53、14。其显示曲线如图5所示。

采用平均值法的曲线显示方法，每2个数据取平均值，获得的平均值点（共25个）分别为：22.5、77.5、66.5、65.5、64.5、63.5、62.5、61.5、61.5、68、42、41、40、38.5、35.5、35.5、34.5、33、32、55.5、38.5、19、20.5、20、18。其显示曲线如图6所示。

采用平均值法的曲线显示方法，每5个数据取平均值，获得的平均值点（共10个）分别为：53.4、65.2、62.8、64、41.2、37.6、34.6、41.6、26.2、20.2。其显示曲线如图7所示。

将图3~图5与图2进行比较可以看出，采用本发明提供的曲线显示方法，不同缩放比例的曲线图相对于原始数据的曲线图，波形以及波峰、波谷的值基本与原图一致。而将图6~图7与图2进行比较可以看出，采用平均值法的曲线显示方法，不同缩放比例的曲线图相对于原始数据的曲线图，不仅是波形与原图有较大差异，波峰、波谷的值与原图更是差距甚远，且有些波形甚至会被掩盖。

以上仅是一个为了便于说明的简化的实例，真正的数据量远远大于50个，而仅仅这样一个实例，采用平均值法的曲线显示方法就已经出现了波形不匹配的缺陷，在实际工作中显示OTDR曲线图时会存在更多的明显的丢事件现象，而采用本发明获得的曲线图则可以尽量避免丢失事件的发生。

综上所述，相对于现有的曲线显示方法，采用本发明提供的OTDR采集数据的曲线显示方法，既可以得到更好的曲线显示效果，又不会降低运算速度。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种OTDR采集数据的曲线显示方法，用于对一光时域反射计采集到的若干数据进行显示，其特征在于，该曲线显示方法包括如下步骤：

分组步骤：预设一分组系数，所述分组系数为整数；根据显示屏水平方向上的总像素值，将所述总像素值除以所述分组系数后获得的值向上取整，得到一整数值，将所述整数值作为分组数；根据每个数据对应的光纤位置距离由近到远，对所有数据进行排序；根据所述分组数，对排序后的所有数据进行顺序分组；

取值步骤：对每组数据进行一次遍历，查找每组数据中的最大值和最小值，同时，计算该组数据的极值斜率k、平均斜率a和斜率方差e；根据极值斜率k、平均斜率a以及斜率方差e进行判断，选取该组数据中的两个数据作为两个特征值点；其中，所述极值斜率k是指最大值与最小值之间的斜率；

显示步骤：根据在所有数据中的排序，依次显示所有特征值点；其中，设所述分组系数为N，每N个像素显示两个特征值点。

2.根据权利要求1所述的一种OTDR采集数据的曲线显示方法，其特征在于，所述分组系数的取值范围为4～6。

3.根据权利要求1或2所述的一种OTDR采集数据的曲线显示方法，其特征在于，所述取值步骤进一步包括：

当极值斜率k与平均斜率a的误差较大时，取最大值和最小值为该组数据的两个特征值点；

当极值斜率k与平均斜率a的误差较小且斜率方差e较小时，取该组数据中光纤位置距离1/3和2/3处的两个数据为该组数据的两个特征值点。

4.根据权利要求1或2所述的一种OTDR采集数据的曲线显示方法，其特征在于，所述显示步骤还包括：通过直线将显示的各特征值点依次相连。

5.根据权利要求1或2所述的一种OTDR采集数据的曲线显示方法，其特征在于，进一步包括：

缩放步骤：对某一组数据再次进行分组步骤、取值步骤以及显示步骤。

6.根据权利要求1所述的一种OTDR采集数据的曲线显示方法，其特征在于，选择至少一组中的全部数据切换到显示屏上同时显示。

7.根据权利要求1所述的一种OTDR采集数据的曲线显示方法，其特征在于，选择至少一组中的全部数据在子显示屏上同时显示。

8.根据权利要求1所述的一种OTDR采集数据的曲线显示方法，其特征在于，在子显示屏上动态地显示全部光纤曲线图，具体为对取值步骤中获得的所有组中的所有特征值点再次进行分组步骤、取值步骤以及显示步骤。