CN109120337A - 一种少模时域反射仪 - Google Patents

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刘峰
陈威成
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Abstract

本发明公开了一种少模时域反射仪，属于光纤特性测量技术领域，由信号产生模块、光路模块、待测少模光纤模块、探测模块和数据采集及处理模块组成；通过信号产生模块产生多频光脉冲信号，光脉冲信号注入到光路模块，在光路模块进行空间模式转换，转换后的光信号进入待测少模光纤模块，待测少模光纤模块的背向瑞利散射光返回到光路模块进行模式分离，模式分离的光信号进入到探测模块进行光电转换，转换的后信号进入数据采集及处理模块实现信号采集和处理显示。本发明专利解决了应用于少模光纤的在线监测仪器存在空白这一问题，实现了少模光纤网络智能监测、损伤测量、故障定位功能。

Description

一种少模时域反射仪
技术领域
本发明属于光纤特性测量技术领域，具体涉及一种少模时域反射仪。
背景技术
近年来，光纤通信网络带宽需求每年以20％～40％的速率持续增长。标准单模光纤的通信容量已经接近于非线性香农极限(100Tbit/s)，据保守估计，目前铺设好的单模光纤传输***在未来10年内将达到容量极限。因此基于少模光纤的模式复用技术成为研究的热点。据OFweek网预测，少模光纤是光纤发展的下一站，少模光纤通信网络将在5年内商用，10年内成为主流。随着大数据、云计算等新技术的不断发展，少模光纤在信号传输的应用会不断普及，因此，用于少模光纤链路网络监测、损伤测量、故障定位等功能的监测仪器必不可少。
光时域反射仪(OTDR，optical time domain re-flectometer)是国际电信联盟推荐的光纤故障检测仪器，被广泛应用于光纤链路故障检测中。传统的光时域反射仪只能检测单模光纤链路，然而不同于单模光纤，少模光纤具有多个并行传输的模式，每个模式的传输特性不同，而且不同模式之间还会存在模式耦合。对少模光纤链路进行评估和监测，必须对每个模式的传输特性以及不同模式之间的耦合特性进行全面测量。这是目前的单模光纤时域反射仪无法实现的。因此，需要研制一种少模时域反射仪，解决少模光纤网络的智能监测、损伤测量和故障定位等问题。该仪器的研制必将推动少模光纤通信的实用化进程，对大容量光通信网络的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对少模光纤链路监测仪器存在空白这一现状，提出一种可以实现少模光纤网络智能监测、损伤测量、故障定位等功能的少模时域反射仪。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种少模时域反射仪，其***框图如图1所示，由信号产生模块1、光路模块2、待测少模光纤模块3、探测模块4和数据采集及处理模块5组成；其中，所述的光路模块2包括模式转换器、模式解复用器及少模光纤环形器；工作过程如下：
所述信号产生模块1产生脉冲信号光，然后脉冲信号光通过光纤传输到光路模块2，由光路模块2中的模式转换器将脉冲信号光转换为相应的单一激发模式光，单一激发模式光通过光路模块2中的少模光纤环形器进入到待测少模光纤模块3；待测少模光纤模块3中的少模光纤的单一激发模式的光能量会耦合到其他非激发模式(如果激发模式为LP01模式，那么其他非激发模式为LP11a、LP11b、LP21a、LP21b、LP02等，即不同于激发模式的其他模式。)中，激发模式和非激发模式的背向瑞利散射光信号经少模光纤环形器会返回光路模块2；在光路模块2中的模式解复用器进行模式分离，得到相应的LP01、LP11a、LP11b、LP02……等模式，输出到光路模块2的输出端口；然后通过探测模块4对光路模块2的输出端口的背向瑞利散射散射光信进行探测，再将探测之后的信号输入到数据采集及处理模块5中；在数据采集与处理模块5中，利用数据采集及处理模块5的数据采集卡对数据进行采集，然后读取数据，并对数据进行去噪处理，绘制光功率随着传输距离变化的数据曲线，从而获得少模光纤链路的传输情况；根据曲线计算出少模光纤的各种损伤信息，如模式耦合、模式相关损耗和差分模式群时延等，最终通过数据采集及处理模块5显示出来。
所述信号产生模块1，如图2所示，由单频激光器11、相位调制器12、电光调制器14和信号发生器13组成；实现的基本过程是：由信号发生器13产生的正弦调制信号驱动相位调制器12对单频激光器11输出的连续光波进行相位调制，得到包含多个频点的多频光脉冲；通过调节相位调制器12的调制深度及调制频率对多频光单脉冲中的频点数量进行调谐，然后由信号发生器13产生参数可调的脉冲调制信号驱动电光调制器14，对多频光进行强度调制，最后得到参数可调的多频光脉冲输出。
所述信号发生器13如图3所示，是由基于FPGA的直接数字频率合成器(DirectDigital Synthesizer，DDS)实现的；所述DDS由相位累加器、波形存储器134、D/A转换器135和低通滤波器(LPF)136组成；其具体工作过程为：频率控制字M为二进制编码的相位增量值，作为相位累加器的输入；相位累加器由加法器132和寄存器133级联而成，用于将寄存器133的输出反馈到加法器132的输入端，实现累加；在每一个时钟脉冲fc，相位累加器把频率控制字M131累加一次，相位累加器的输出相应增加一个步长的相位增量，相位累加器的输出与波形存储器134的地址线相连对波形存储器134进行查表，将存储在波形存储器134中的信号抽样值查出，波形存储器的输出数据送到D/A转换器135，将数字形式的波形幅度值转换成一定频率的模拟信号，再经过低通滤波器136平滑滤波后输出期望的模拟波形。利用FPGA的逻辑单元实现相位累加器、波形存储器及***控制电路，通过改变FPGA内部波形存储器中的波形数据，实现正弦信号及参数可调脉冲信号输出。
所述光路模块2如图4所示，是由模式转换器29、模式解复用器210和少模光纤环形器211组成；光路模块2用于连接信号产生模块1与待测少模光纤模块3，在光路模块2中实现了高阶模式的激发和以及模式的分离，这是实现多模式测量的核心。所述的模式转换器29用于将信号产生模块1输出的多频光脉冲信号转换为相应的基模或高阶模式的光；所述的模式解复用器210用于将少模光纤各个模式分离开来，从而可以测量到各个模式的信号光；所述的少模光纤环形器211支持多个传输模式，少模光纤环形器具有单向传输特性，将信号光从一个端口导向另一个端口。所述的光路模块2的工作过程如下：多频光脉冲信号经模式转换器29的某一端口进入模式转换器进行模式转换，得到某一激发模式，如LP01模式(或LP11a或LP11b……)，利用少模光纤环形器的单向传输特性，该激发模由少模光纤环形器端口1经端口2进入待测少模光纤，在少模光纤产生的背向瑞利散射光经少模光纤环形器端口2返回并由端口3输出，进入模式解复用器件进行模式分离。
所述待测少模光纤模块3主要由少模光纤构成。所述少模光纤支持多个模式并行传输。在理想条件下，各个模式之间是相互正交的。但是在实际传输过程中，少模光纤由于制作工艺不完美，导致折射率分布不均匀；在传输过程中产生的光纤的微弯等外界干扰使得模式之间不再正交，因此模式之间会发生耦合。通过测量任意单个模式的少模光纤背向瑞利散射的功率随着传输距离的变化曲线，计算曲线的斜率可以获得少模光纤的衰减信息；通过计算不同模式的衰减，可以获得模式相关损耗，计算不同模式的群速度可以获得差分模式群时延，计算不同模式之间的背向瑞利散射的功率比值可以获得少模光纤的模式耦合。
所述探测模块4用于接收待测少模光纤模块3的信号光并将信号光转为电信号，探测模块的转换方式分为直接探测转换和相干探测转换。
所述直接探测转换具有结构简单的优势，直接探测转换是由光电探测器接收光路模块2的模式解复用器210输出的信号光，光电探测器将信号光进行光电转换后，由放大电路进行增益调谐，输出电信号。
所述相干探测转换具有灵敏度高的特点，可以实现对微弱的信号光接收，通过前置放大器41、90°混频器42、平衡探测器43、跨导放大器44、A/D转换器45、DSP处理器实现；光路模块2的模式解复用器210输出的各模式的背向散射信号光经前置放大器放大后与单频本振光在90°混频器中进行90°混频，得到信号光；接着经过平衡探测器43进行光电转换，并通过跨导放大器(TIA)44对信号的功率进行放大，然后对信号进行合并，得到同相信号I[k]和正交信号Q[k]；最后，在DSP处理器中进行数字带通滤波、Viterbi&Viterbi相位补偿，补偿后的数字信号再经过数字下变频和低通滤波处理得到基带信号，对所有基带信号叠加求平均，得到各模式背向散射信号。
所述数据采集及处理模块5用于接收探测模块4输出的电信号，然后绘制出数据波形、处理数据、计算模式耦合、差分模式群时延、模式相关损耗以及定位故障位置；其中，所述数据采集及处理模块5由数据采集卡和应用程序组成；所述数据采集卡用于对输入信号进行A/D转换并将A/D转换后的信号存入数据采集卡的缓存中，所述应用程序实现读取缓存中的数据，并且实时显示，再进行数据分析。
所述应用程序是自行开发的软件***。采用了模块化的设计方法，包括初始化模块、参数设置模块、数据采集处理模块、图形显示模块和数据管理模块；初始化模块用于初始化硬件设备(硬件设备包括单频激光器和信号发生器)和相关参数实现对硬件设备的控制，并且用户可以通过外设软件***实现人机交互；参数设置模块用于实现少模时域反射仪的测试参数设定，如光脉冲宽度、平均时间/次数及光纤折射率参数等，***将这些参数传送给硬件设备，实现了软件与硬件的交互；数据管理模块采用了MySql数据库对测量参数及接收数据进行保存与读取，方便日后分析数据；图形显示模块采用了坐标变换等方法将数据绘制在屏幕上，可以通过鼠标、键盘等设备控制波形显示；数据采集处理模块与硬件驱动紧密相关，通过A/D转换器获得的数字信号传送到FPGA进行DSP数据处理和缓存，以便用户读取存储器缓存中的数据；把处理后的数据送入人机交互界面显示各个模式背向散射功率曲线，并且通过背向散射功率曲线计算模式之间的相互作用特性。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明所涉及的少模时域反射仪可以解决不同高阶模的高效率、低损耗激发和不同模式的有效分离问题；解决多路弱信号光的光电检测和信号处理问题；解决多模式测量测量问题；解决模式耦合、差分模式群时延及模式相关损耗等多个参量的同时测量问题。可以根据不同的场景，智能地调整测量参数，应用范围非常广泛，可以实现多场景测量。
附图说明
图1：本发明所述的少模光时域反射仪的结构示意图；
图2：信号光脉冲产生结构图；
图3：基于FPGA的DDS信号发生器的结构示意图；
图4：模式转换和分离光路结构图；
图5：相干探测转换***的结构框图；
图6：6模时域反射仪***框图；
图7：测量结果图；
图中：信号产生模块1、光路模块2、待测少模光纤模块3、探测模块4和数据采集及处理模块5、单频激光器11、相位调制器12、信号发生器13、电光调制器14、频率控制字M131、相位累加器、波形存储器134、D/A转换器135和低通滤波器(LPF)136、前置放大器41、90°混频器42、平衡探测器43、跨导放大器44、A/D转换器45、第一个输入端口21、第二个输入端口22、第三个输入端口23、第k个输入端口24、第一个输出端口25、第二个输出端口26、第三个输出端口27、第k个输出端口28、模式转换器29、模式解复用器210、少模光纤环形器211、应用程序111、光子灯笼A65、光子灯笼B67、待测少模光纤链路68、直接探测69、数据采集卡110。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例方案对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明建立了一个6模式的少模时域反射仪，如图6所示。少模时域反射仪采用了模块化的设计，分为信号产生模块、光路模块、待测少模光纤模块、探测模块和数据采集及处理模块组成。本实例中，信号产生模块采用单频激光光源，相位调制器(PM)，电光调制器(EOM)和FPGA信号发生器实现多频光脉冲；光路模块采用光子灯笼A，光子灯笼B和少模光纤环形器实现模式转换和分离；待测少模光纤模块采用了6模6km的少模光纤进行测量；探测模块采用光电探测器实现对信号的接收；数据采集及处理模块采用MFC编程开发的应用程序实现对信号的显示，本应用程序分为参数设置模块、数据采集模块、数据处理模块和控制显示模块。
本实例对6模6km少模光纤进行测量。所述6模光纤可支持LP01、LP11a、LP11b、LP02、LP21a、LP21b六种传输模式。
在本实施例中，选用烽火通信科技股份有限公司的6模光纤作为被测光纤，所测光纤长度约为6km，衰减系数在1550nm波段小于0.25dB/km(LP01模式)，1550nm波段的归一化截止频率V＝4.769，可支持LP01、LP11a、LP11b、LP02、LP21a、LP21b六种模式的传输。
实施例1所需的单频激光光源为飞博源1550nm半导体激光光源模块。光源输出重复频率为1KHz-100KHz可调，脉冲宽度为10ns-1200ns可调，输出脉冲功率最高为40mW。在本实例中，重复频率设定为4KHz，脉宽设定为100ns，功率设定为40mW。所选用相位调制器为Thorlabs公司的相位调制器，型号为LN66S-FC；所选用电光调制器为Thorlabs公司的电光调制器，型号为LN56S-FC；所选用FPGA是高性能AC6102Altera FPGA开发板；所选用数据采集卡为北京星硕华创科技有限公司的高速数据采集卡，型号为PCI-E 9826；选用光子灯笼作为模式转换器和解复用器，光子灯笼是OLKIN OPTICS公司的全光纤Six-Mode选择性多路复用器，可支持LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b、LP02六个模式的模式转换。选用上海瀚宇光纤通信技术有限公司特制的1550nm波段的3端口少模光纤环形器，可支持6个传输模式。
在本实施例中，对6模光纤的LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b、LP02六个传输模式的传输特性进行了测量。本实例以LP01为激发模式。具体框图如如图6所示。
连接方式如下所述：
单频激光器11与相位调制器12相连，相位调制器12与电光调制器14相连。电光调制器14的输出尾纤连接光子灯笼A65的单模尾纤，光子灯笼A65的少模尾纤连接少模光纤环形器211的端口1，少模光纤环形器211的端口2连接待测少模光纤链路68。少模光纤环形器211的端口3连接光子灯笼B67的少模尾纤，光子灯笼B67的6个单模尾纤输出端口连接光电探测器69的6个输入端口。光电探测器69输出端口连接数据采集卡110的6个信号输入端口。数据采集卡110的输出端口连接在计算机PCI-E的总线上。FPGA13连接在计算机的USB插口上。
本实例详细的***框图如图6所示，工作流程如下：
首先通过应用程序的参数设置模块设定多频光脉冲的频点数量、光脉冲宽度、平均时间/次数等参数。然后***将这些参数传给激光光源和FPGA，由FPGA实现的脉冲发生器输出正弦及参数可调电脉冲信号，分别驱动相位调制器及电光调制器对激光光源输出的连续激光进行调制产生多频光脉冲；多频光脉冲信号经光子灯笼A进行空间模式转换注入待测少模光纤，并将待测少模光纤背向瑞利散射光的不同模式利用光子灯笼B进行有效分离，然后对各个模式的背向散射光进行直接探测，最后对少模光纤各模式传输特性以及不同模式之间的相互作用特性进行分析，将最终结果以波形和数值形式通过应用程序的控制显示模块呈现出来。
本实例信号光输出为多频光脉冲信号。多频光可以通过改变脉冲频点数量和脉冲宽度来实现多场景测量。多频光的实现原理如图2所示。实现方法为：基于FGPA的直接数字频率合成器(DDS)产生正弦调制信号驱动相位调制器对单频激光器输出的连续光波进行相位调制，得到包含多个频点的多频光，然后由DDS产生参数可调的电脉冲信号驱动电光调制器，对多频光进行强度调制，最后得到参数可调的多频光脉冲信号。可以通过调节相位调制器的调制深度和调制频率实现单脉冲中频点数量的控制。
本实例的光路模块采用的是光子灯笼A+少模光纤环形器+光子灯笼B的方法，其中光子灯笼A为模式转换器，光子灯笼B为模式解复用器。基本工作过程为：光脉冲经过Input1进入光子灯笼A，在光子灯笼A内部会发生空间模式转换，得到单一激发模式，利用少模光纤环形器的单向传输特性，该激发模式经过少模光纤环形器的端口1经由端口2进入待测少模光纤模块。在待测光纤模块的少模光纤中产生背向瑞利散射光，该散射光返回到端口2并经过端口3输出，并进入光子灯笼B进行模式分离。
本实例采用直接探测方式接收信号。对每路输出信号(LP01、LP11a、LP11b、LP02、LP21a、LP21b)在输出端口(Output1、Output2、Output3、Output4、Output5、Output6)连接在光电探测器的各个端口上即可实现。
本实例的数据采集及处理模块由数据采集卡和应用程序组成。数据采集卡的输入端口接收光电探测器输出端口的电信号，并且将采集到的电信号进行AD转换，存入采集卡的缓存中。在开始采集时，应用程序读取缓存中的数据，并且将数据传给应用程序的绘图窗口，在绘图窗口使用函数重载实现数据波形的绘制。数据同时会传给数据采集及处理的模块的数据处理部分，在数据处理功能模块中，实现计算少模光纤的模式耦合，差分模式群时延和模式相关损耗。并且通过分析数据，采用两点法和最小二乘法进行故障定位。最后这些信息都通过应用程序的列表显示在主界面上。
图7给出了测量结果图，分别是6个模式LP01模、LP11a模、LP11b模、LP02模、LP21a模和LP21b模的背向瑞利散射功率随着传输距离的变化曲线和其中LP01与LP11a模式的模式耦合比曲线。在下面列表中显示出了测量的具体数值，给出了少模光纤的模式耦合系数、模式相关损耗的测量数值，少模光纤的衰减数值还有故障定位的数值。图7可以明显的看出本实例中6模6km少模光纤的测量信息。
对本发明所述的少模时域反射仪进行了详细的介绍，以上的介绍主要是为了用于对本发明的方法及其核心思想进一步的理解；同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明的思想，再具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下，对其进行的各种显而易见的改变(如脉冲信号的产生，模式转换器和解复用器类型的改变，被测少模光纤的模式数量，直接探测或者相干探测等)都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种少模时域反射仪，其特征在于，由信号产生模块(1)、光路模块(2)、待测少模光纤模块(3)、探测模块(4)和数据采集及处理模块(5)组成；其中，所述的光路模块(2)包括模式转换器、模式解复用器及少模光纤环形器；其工作过程如下：
所述信号产生模块(1)产生脉冲信号光，然后脉冲信号光通过光纤传输到光路模块(2)，由光路模块(2)中的模式转换器将脉冲信号光转换为相应的单一激发模式光，单一激发模式光通过光路模块(2)中的少模光纤环形器进入到待测少模光纤模块(3)；待测少模光纤模块(3)中的少模光纤的单一激发模式的光能量会耦合到其他非激发模式中，激发模式和非激发模式的背向瑞利散射光信号经少模光纤环形器会返回光路模块(2)；在光路模块(2)中的模式解复用器进行模式分离，得到相应的模式，输出到光路模块(2)的输出端口；然后通过探测模块(4)对光路模块(2)的输出端口的背向瑞利散射散射光信进行探测，再将探测之后的信号输入到数据采集及处理模块(5)中；在数据采集与处理模块(5)中，利用数据采集及处理模块(5)的数据采集卡对数据进行采集，然后读取数据，并对数据进行去噪处理，绘制光功率随着传输距离变换的数据曲线，从而获得少模光纤链路的传输情况；根据曲线计算出少模光纤的各种损伤信息，最终通过数据采集及处理模块(5)显示出来。
2.如权利要求1所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述信号产生模块(1)，由单频激光器(11)、相位调制器(12)、电光调制器(14)和信号发生器(13)组成；实现的基本过程是：由信号发生器(13)产生的正弦调制信号驱动相位调制器(12)对单频激光器(11)输出的连续光波进行相位调制，得到包含多个频点的多频光脉冲；通过调节相位调制器(12)的调制深度及调制频率对多频光单脉冲中的频点数量进行调谐，然后由信号发生器(13)产生参数可调的脉冲调制信号驱动电光调制器(14)，对多频光进行强度调制，最后得到参数可调的多频光脉冲输出。
3.如权利要求2所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述信号发生器(13)，是由基于FPGA的直接数字频率合成器实现的；所述直接数字频率合成器由相位累加器、波形存储器(134)、D/A转换器(135)和低通滤波器(136)组成；其具体工作过程为：频率控制字M为二进制编码的相位增量值，作为相位累加器的输入；相位累加器由加法器(132)和寄存器(133)级联而成，用于将寄存器(133)的输出反馈到加法器(132)的输入端，实现累加；在每一个时钟脉冲fc，相位累加器把频率控制字M(131)累加一次，相位累加器的输出相应增加一个步长的相位增量，相位累加器的输出与波形存储器(134)的地址线相连对波形存储器(134)进行查表，将存储在波形存储器(134)中的信号抽样值查出，波形存储器的输出数据送到D/A转换器(135)，将数字形式的波形幅度值转换成一定频率的模拟信号，再经过低通滤波器(136)平滑滤波后输出期望的模拟波形。
4.如权利要求1所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述光路模块(2)，由模式转换器(29)、模式解复用器(210)和少模光纤环形器(211)组成；光路模块(2)用于连接信号产生模块(1)与待测少模光纤模块(3)；所述的模式转换器(29)用于将信号产生模块(1)输出的多频光脉冲信号转换为相应的基模或高阶模式的光；所述的模式解复用器(210)用于将少模光纤各个模式分离开来，从而可以测量到各个模式的信号光；所述的少模光纤环形器(211)支持多个传输模式，将信号光从一个端口导向另一个端口；所述的光路模块(2)的工作过程如下：多频光脉冲信号经模式转换器(29)的某一端口进入模式转换器进行模式转换，得到某一激发模式，利用少模光纤环形器的单向传输特性，该激发模由少模光纤环形器端口1经端口2进入待测少模光纤，在少模光纤产生的背向瑞利散射光经少模光纤环形器端口2返回并由端口3输出，进入模式解复用器件进行模式分离。
5.如权利要求1所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述探测模块(4)用于接收待测少模光纤模块(3)的信号光并将信号光转为电信号，探测模块的转换方式分为直接探测转换和相干探测转换。
6.如权利要求5所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述直接探测转换是由光电探测器接收光路模块(2)输出的信号光，光电探测器将信号光进行光电转换后，由放大电路进行增益调谐，输出电信号。
7.如权利要求5所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述相干探测转换，通过前置放大器(41)、(900)混频器(42)、平衡探测器(43)、跨导放大器(44)、A/D转换器(45)、DSP处理器实现；光路模块(2)输出的各模式的背向散射信号光经前置放大器放大后与单频本振光在(900)混频器中进行(900)混频，得到信号光；接着经过平衡探测器(43)进行光电转换，并通过跨导放大器(44)对信号的功率进行放大，然后对信号进行合并，得到同相信号I[k]和正交信号Q[k]；最后，在DSP处理器中进行数字带通滤波、Viterbi&Viterbi相位补偿，补偿后的数字信号再经过数字下变频和低通滤波处理得到基带信号，对所有基带信号叠加求平均，得到各模式背向散射信号。
8.如权利要求1所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述数据采集及处理模块(5)，用于接收探测模块(4)输出的电信号，然后绘制出数据波形、处理数据、计算模式耦合、差分模式群时延、模式相关损耗以及定位故障位置；其中，所述数据采集及处理模块(5)由数据采集卡和应用程序组成；所述数据采集卡用于对输入信号进行A/D转换并将A/D转换后的信号存入数据采集卡的缓存中，所述应用程序实现读取缓存中的数据，并且实时显示，再进行数据分析。
9.如权利要求8所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述应用程序，包括初始化模块、参数设置模块、数据采集处理模块、图形显示模块和数据管理模块；初始化模块用于初始化硬件设备和相关参数实现对硬件设备的控制，并且用户可以通过外设软件***实现人机交互；参数设置模块用于实现少模时域反射仪的测试参数设定，***将这些参数传送给硬件设备，实现了软件与硬件的交互；数据管理模块采用了MySql数据库对测量参数及接收数据进行保存与读取，方便日后分析数据；图形显示模块采用了坐标变换等方法将数据绘制在屏幕上，可以通过鼠标、键盘等设备控制波形显示；数据采集处理模块与硬件驱动紧密相关，通过A/D转换器获得的数字信号传送到FPGA进行DSP数据处理和缓存，以便用户读取存储器缓存中的数据；把处理后的数据送入人机交互界面显示各个模式背向散射功率曲线，并且通过背向散射功率曲线计算模式之间的相互作用特性。
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