CN114034326B - 光缆探测方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤传感技术领域，公开了一种光缆探测方法、装置、设备及存储介质。实现了相位敏感光时域反射的相干探测***超远距离的探测。该方法包括：获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各位置信息计算出各待测光缆的长度信息；利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；控制光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆；利用所述探测数据采集分析电路采集所述待测光缆基于所述探测光信号返回的脉冲光信号，并对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光缆探测方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
光纤传感技术是一种在七十年代后期国际上迅速发展起来的新技术，与传统检波器相比，光纤传感器具有重量轻、抗电磁干扰、灵敏度高、安全可靠、耐腐蚀，同时复用能力强，可以实现长距离分布式应用。当前该技术已经广泛应用于油井温度与压力测量、输油管道监测、测井技术、地震波监测、桥梁及建筑监测等工程方面，以致光纤传感器的分布式应用是近几年研究和工程应用的热点。
目前，基于IQ正交解调的相位敏感光时域反射的相干探测***中，通过光信号作为读取外界环境变化的载体，通过在光纤中输入相应的光信号，外界的环境变化通过改变光纤的参数改变输入光信号的强度、相位或偏振态，实现对数据的采集和传送。但是该***中只能生成一种光信号，由于探测距离与探测信号频率范围之间存在互相制约的关系，以致该***的最大探测距离和最大可探测信号频率之间的存在相应的限制，使得其最后探测的距离有限，尤其是在当前通信设施覆盖范围越来越大的趋势下，现有的***已无法实现更远距离的探测了。而为了实现远距离的探测则需要重新开发出新的***，这就大大增加的成本，且开发出来的***仍然无法兼容多种距离的探测，其使用体验感较差。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有的相位敏感光时域反射相干探测***无法实现超远距离探测的问题。
本发明第一方面提供了一种光缆探测方法，应用于相位敏感光时域反射相干探测***，其特征在于，所述相位敏感光时域反射相干探测***包括脉冲光信号发生电路和探测数据采集分析电路，所述光缆探测方法包括：在所述脉冲光信号发生电路中设有脉冲调制器阵列，其中所述脉冲调制器阵列包括至少两个光信号调制器单元，每个所述光信号调制器单元生成一种探测光信号；获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各所述位置信息计算出各待测光缆的长度信息；基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；控制所述光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆；利用所述探测数据采集分析电路采集所述待测光缆基于所述探测光信号返回的脉冲光信号，并对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率，包括：获取各所述待测光缆对所述探测光信号的折射率；基于探测距离与探测光信号的频率范围之间存在互相制约的关系，根据各所述待测光缆的长度信息和对应的折射率，计算出各待测光缆的探测光信号的频率。
可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元，包括：获取所述相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的解调参数；根据所述解调参数和所述频率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数；根据所述阵列阵元数从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元。
可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述解调参数包括所述相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的过采样率和所述相位敏感光时域反射相干探测***发送所述探测光信号的脉冲重复周期；所述根据所述解调参数和所述频率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数，包括：根据所述频率和所述过采样率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出所述探测光信号的注入间隔；根据所述注入间隔和所述脉冲重复周期，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数。
可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述控制所述光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆，包括：获取所述探测数据采集分析电路基于所述脉冲光信号计算得到的光信号调制器单元的移频量；根据所述频率控制对应的所述光信号调制器单元生成对应的探测光信号；根据所述注入间隔计算同一个探测周期内所需要发送的探测光信号数量，并基于所述移频量对所述探测光信号的相位进行调整，得到数量等于所述探测光信号数量的探测光信号集；在每个所述注入间隔到达时，从所述探测光信号集中选择对应的探测光信号发送至对应的待测光缆。
可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果，包括：采集所述脉冲调制器阵列的输入光信号，并利用所述探测数据采集分析电路对所述输入光信号和所述脉冲光信号进行耦合，得到相干光信号；对所述相干光信号进行光学混频和光电转换处理，得到相干电信号；根据所述移频量，利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行模数转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集；对所述子带脉冲信号集进行分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
可选的，在本发明第一方面的第六种实现方式中，所述根据所述移频量，利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行模数转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集，包括：利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行滤波，得到目标相干电信号；解析所述移频量，得到对应的跨度和脉宽，并利用预置的带宽跨度计算公式计算出对应的带宽跨度；根据所述带宽跨度和所述过采样率，利用预置宽带采样率计算公式计算出宽带采样率，并利用所述宽带采样率控制所述探测数据采集分析电路对所述目标相干电信号进行信号转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集。
本发明第二方面提供了一种光缆探测装置，应用于相位敏感光时域反射相干探测***，其特征在于，所述相位敏感光时域反射相干探测***包括脉冲光信号发生电路和探测数据采集分析电路，所述光缆探测装置包括：在所述脉冲光信号发生电路中设有脉冲调制器阵列，其中所述脉冲调制器阵列包括至少两个光信号调制器单元，每个所述光信号调制器单元生成一种探测光信号；长度计算模块，用于获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各所述位置信息计算出各待测光缆的长度信息；频率计算模块，用于基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；单元确定模块，用于根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；信号生成模块，用于控制所述光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆；信号分析模块，用于利用所述探测数据采集分析电路采集所述待测光缆基于所述探测光信号返回的脉冲光信号，并对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
可选的，在本发明第二方面的第一种实现方式中，所述频率计算模块包括：折射率获取单元，用于获取各所述待测光缆对所述探测光信号的折射率；频率计算单元，用于基于探测距离与探测光信号的频率范围之间存在互相制约的关系，根据各所述待测光缆的长度信息和对应的折射率，计算出各待测光缆的探测光信号的频率。
可选的，在本发明第二方面的第二种实现方式中，所述单元确定模块包括：参数获取单元，用于获取所述相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的解调参数；阵元计算单元，用于根据所述解调参数和所述频率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数；阵元确定单元，用于根据所述阵列阵元数从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元。
可选的，在本发明第二方面的第三种实现方式中，所述阵元计算单元包括：所述解调参数包括所述相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的过采样率和所述相位敏感光时域反射相干探测***发送所述探测光信号的脉冲重复周期；根据所述频率和所述过采样率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出所述探测光信号的注入间隔；根据所述注入间隔和所述脉冲重复周期，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数。
可选的，在本发明第二方面的第四种实现方式中，所述信号生成模块包括：移频量获取单元，用于获取所述探测数据采集分析电路基于所述脉冲光信号计算得到的光信号调制器单元的移频量；信号生成单元，用于根据所述频率控制对应的所述光信号调制器单元生成对应的探测光信号；数量计算单元，用于根据所述注入间隔计算同一个探测周期内所需要发送的探测光信号数量，并基于所述移频量对所述探测光信号的相位进行调整，得到数量等于所述探测光信号数量的探测光信号集；信号发送单元，用于在每个所述注入间隔到达时，从所述探测光信号集中选择对应的探测光信号发送至对应的待测光缆。
可选的，在本发明第二方面的第五种实现方式中，所述信号分析模块包括：信号偶合单元，用于采集所述脉冲调制器阵列的输入光信号，并利用所述探测数据采集分析电路对所述输入光信号和所述脉冲光信号进行耦合，得到相干光信号；光电转换单元，用于对所述相干光信号进行光学混频和光电转换处理，得到相干电信号；模数转换单元，用于根据所述移频量，利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行模数转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集；脉冲分析单元，用于对所述子带脉冲信号集进行分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
可选的，在本发明第二方面的第六种实现方式中，所述模数转换单元包括：利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行滤波，得到目标相干电信号；解析所述移频量，得到对应的跨度和脉宽，并利用预置的带宽跨度计算公式计算出对应的带宽跨度；根据所述带宽跨度和所述过采样率，利用预置宽带采样率计算公式计算出宽带采样率，并利用所述宽带采样率控制所述探测数据采集分析电路对所述目标相干电信号进行信号转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集。
本发明第三方面提供了一种光缆探测设备，包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令；所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述光缆探测设备执行上述的光缆探测方法的各个步骤。
本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的光缆探测方法的各个步骤。
本发明提供的技术方案中，通过获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各位置信息计算出各待测光缆的长度信息；基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；根据频率从脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；控制光信号调制器单元，基于频率生成对应的探测光信号，并将探测光信号发送至对应的待测光缆。相比于现有技术，本申请能通过对各待测光缆的探测光信号的频率进行计算，从而进行判断得到所用频率是否符合发送频率，进而通过阵元数计算的结果，来控制相应数量的光信号调制器单元发送对应数量的探测光信号，实现等效入纤端脉冲发送频率的等效提升，从而实现了探测光信号的更远距离探测。
附图说明
图1为本发明实施例中光缆探测方法的第一个实施例示意图；
图2为本发明实施例中相位敏感光时域反射相干探测***的框架示意图；
图3为本发明实施例中光缆探测方法的第二个实施例示意图；
图4为本发明中光缆探测方法的脉冲调制器阵元划分示意图；
图5为本发明实施例中光缆探测方法的第三个实施例示意图；
图6为本发明中光缆探测方法的宽带A/D信号处理流程示意图；
图7为本发明实施例中光缆探测装置的一个实施例示意图；
图8为本发明实施例中光缆探测装置的另一个实施例示意图；
图9为本发明实施例中光缆探测设备的一个实施例示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种光缆探测方法、装置、设备及存储介质，实现了相位敏感光时域反射的相干探测***超远距离的探测。该方法包括：获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各位置信息计算出各待测光缆的长度信息；利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；控制光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆；利用所述探测数据采集分析电路采集所述待测光缆基于所述探测光信号返回的脉冲光信号，并对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，本发明实施例中光缆探测方法的第一个实施例包括：
101、获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各位置信息计算出各待测光缆的长度信息；
本实施例中，这里的位置信息，指的是提前设置的用来探测相应光缆距离，是否通信正常的对应的探测位置的位置信息；通过获取提前设置好探测反馈点的位置信息，即可计算得到本次光缆探测对应光信号的所用发送的距离，更好的去评估和调整所需发送的探测光信号，最终实现更远的探测距离。
在实际应用中，通过获取各探测光缆中探测位置的位置信息，进而基于各位置信息，计算本次探测光信号发射点与各个探测位置之间的距离，从而得到各待测光缆的长度信息。
102、基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；
本实施例中，根据目前的相位敏感光时域反射传感探测***中，探测距离与探测信号频率范围之间存在互相制约的关系，利用各待测光缆的长度信息，来计算得到各待测光缆可探测的最大的外界信号频率，从而为后续阵元数调整来发射对应数量的探测光信号做数据准备，从而可以实现基于不同的应用场景实现灵活配置以拓宽光传感***的适配应用场景。
在实际应用中，基于计算所得的各待测光缆的长度信息，并获取各对应待测光缆对探测光信号的折射率，进而通过预设的探测光信号频率范围的计算公式，来对各待测光缆的探测光信号的最大可探测的外界信号频率进行计算，从而得到各待测光缆的探测光信号的频率。
103、根据频率从脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；
本实施例中，这里的脉冲调制器阵列，指的是由相位敏感光时域反射相干探测***中对应的单个脉冲调制器变为由多个脉冲调制器组成的阵列，从而可在同个周期发送多个脉冲调制信号，实现入纤端脉冲发送频率的等效提升，进而提高探测光缆的最远探测距离；这里的光信号调制器单元，指的是脉冲调制器阵列中的各个脉冲调制器，其中这里的脉冲调制器用于实现连续光到特定形状脉冲光的转换，从而有效支撑探测***的定位功能实现，在相位敏感光时域反射相干探测***中，可以选用AOM（声光调制器）、EOM（电光调制器）、SOA（脉冲光调制器）或三者的组合实现，不失一般性，后续的实施例撰写中，这里基于AOM作为脉冲调制器展开说明。
其中这里的由单个脉冲调制器改变为脉冲调制器阵列的相位敏感光时域反射相干探测***，该相位敏感光时域反射相干探测***的框架如图2所示，该相位敏感光时域反射相干探测***包括脉冲光信号发生电路和探测数据采集分析电路，所述脉冲光信号发生电路包括窄线宽激光器、光耦合器、脉冲调制器阵列、掺铒光纤放大器、环形器，所述探测数据采集分析电路包括2×2耦合器、双平衡探测器和数据采集和分析单元等组合。
在实际应用中，首先获取该相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的解调参数，进而通过计算所得的各待测光缆的探测光信号的频率和探测光信号的解调参数，利用预设的阵列单元计算公式，计算出该探测光缆对应所需的阵列阵元数和注入间隔，进而通过阵元数来确定本次观澜探测所需用到的光信号调制器单元。
104、控制光信号调制器单元，基于频率生成对应的探测光信号，并将探测光信号发送至对应的待测光缆；
本实施例中，通过控制确定的光信号调制单元，来生成对应的探测光信号，并将该光信号发送至待测光缆。相应的脉冲注入频率的提升，来间接突破脉冲周期与最远探测距离之间的物理限制，实现对更远距离光缆的探测。
在实际应用中，通过获取探测数据采集分析电路基于脉冲光信号计算得到的光信号调制器单元的移频量，进而根据控制对应的光信号调制单元生成对应的数量探测光信号，并利用获取的移频量各探测光信号进行调整，得到对应数量的探测光信号集，进而根据上一步骤计算所得的注入间隔，在每个注入间隔到达时，从探测光信号集中选择对应的探测光信号发送至对应的待测光缆。
105、利用探测数据采集分析电路采集待测光缆基于探测光信号返回的脉冲光信号，并对脉冲光信号进行解调分析，得到各待测光缆的探测结果。
本实施例中，这里的探测数据采集分析电路，指的是对返回的脉冲光信号和输入光信号进行相应的处理，通过耦合、信号转换、解调和分析等处理，实现对该探测光缆的分析处理；这里的脉冲光信号，指的是相应的探测光信号发送探测光缆后，返回的带有一定探测结果信息的光信号作为脉冲光信号；通过利用探测数据采集分析电路对脉冲光信号的进行分析处理，从而实现不同脉冲调制器对应传感信息的分离、同步及信息聚合，进而实现对探测光缆好坏的判断。
在实际应用中，通过采集脉冲调制器阵列的输入光信号和获取该探测光缆返回的脉冲光信号，并将输入光信号和脉冲光信号进行光信号耦合，得到相干光信号；进而对耦合所得的相干光信号进行光学混频和光电转换处理，得到相干电信号；从而根据获取的移频量，利用探测数据采集分析电路对相干电信号进行模数转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集；对子带脉冲信号集进行分析，得到各待测光缆的探测结果。
本发明实施例中，通过获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各位置信息计算出各待测光缆的长度信息；基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；根据频率从脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；控制光信号调制器单元，基于频率生成对应的探测光信号，并将探测光信号发送至对应的待测光缆。相比于现有技术，本申请能通过对各待测光缆的探测光信号的频率进行计算，从而进行判断得到所用频率是否符合发送频率，进而通过阵元数计算的结果，来控制相应数量的光信号调制器单元发送对应数量的探测光信号，实现等效入纤端脉冲发送频率的等效提升，从而实现了探测光信号的更远距离探测。
同时，通过利用探测数据采集分析电路采集待测光缆基于探测光信号返回的脉冲光信号，并对脉冲光信号进行解调分析，得到各待测光缆的探测结果。相比于现有技术，本申请通过对所采集的脉冲光信号进行分析处理，实现对应各子带信号之间的频谱选择及干扰去除，有效保护了有用频谱信息，减少对应不同脉冲调制器阵元信号之间的干扰，并通过对处理信号的分析，得到所需的探测分析结果。
请参阅图3，本发明实施例中光缆探测方法的第二个实施例包括：
201、获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各位置信息计算出各待测光缆的长度信息；
202、获取各待测光缆对探测光信号的折射率；
本实施例中，这里的折射率，指的是由于制作光缆的纤芯，包层，涂覆层等光纤材料的不同，不同的光纤有着相应的折射率。
在实际应用中，通过查询待测光缆制造参数，进而获取得到各待测光缆对探测光信号的折射率。
203、基于探测距离与探测光信号的频率范围之间存在互相制约的关系，根据各待测光缆的长度信息和对应的折射率，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；
本实施例中，这里的探测距离与探测光信号的频率范围之间存在互相制约的关系，其关系采用以下公式表示：
f=C/（4×L×n）；
其中，C为光速，L为光缆长度，n为光缆对探测光信号的折射率，f为探测光缆长度为L时最大的可探测外界信号的频率，超过该频率的信号将无法正常接收解析。以致对应于需要探测的信号频率跨度较大的场景，比如声波传感，大致的需求频率范围在20Hz~20KHz，基于上述公式及其变换形式可知，探测光缆的最大长度不能大于2.5Km左右，从而极大限制了实际场景的应用。并且受香农采样定理的限制，实际探测光缆的有效长度需要进一步缩小方可实现正常的传感信息解析功能。以致通过该探测方法中利用多个脉冲调制器阵列使用一个周期内多次发送信号，进而实现入纤端脉冲发送频率的等效提升，从而提高了对光缆的探测距离。
在实际应用中，基于探测距离与探测光信号的频率范围之间存在互相制约的关系式，将获取得到的探测光信号的折射率、探测光缆的长度信息和光速代入公式f=C/（4×L×n）中频率计算，可得到各待测光缆的探测光信号的频率。
204、获取相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的解调参数；
本实施例中，这里的解调参数，指的是相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的过采样率和相位敏感光时域反射相干探测***发送探测光信号的脉冲重复周期。
在实际应用中，通过查询该相位敏感光时域反射相干探测***的***参数设置，获取该相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的解调参数，其中解调参数包括过采样率和脉冲重复周期。
205、根据频率和过采样率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出探测光信号的注入间隔；
本实施例中，这里的阵列单元计算公式，指的是：
其中，N为阵列阵元数，M为探测光信号的注入间隔，f0为脉冲重复周期的倒数，fx为满足探测光缆长度为L时的最大需求探测信号频率，K为相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的过采样率。
其中，在***设计中，K为信号正常解析需要的过采样率，正常最小经验值为3.5~5，针对不同的探测距离L，最大需求探测信号频率fx,可以得到一个优化的AOM阵列阵元数N及注入间隔M，f为满足Lx探测距离的脉冲重复频率最大值，考虑AOM数量N最小，其划分示意图参阅图4。要实现对应的探测距离需求，探测周期1与探测周期2之间的时间差N*M大于满足Lx探测距离的脉冲重复周期即阵列单元计算公式即可。
在实际应用中，根据获取的频率和过采样率，利用预设的阵列单元计算公式，按照N最小原则，解阵列单元计算公式，同时考虑数据采样率的具体数值进行舍入操作，可得到探测光信号的注入间隔。基于上述得到的N和M值，可由数据采集及分析单元定时输出控制脉冲序列控制脉冲调制器阵列实现阵元选通、连续光的斩波及调制，相应的脉冲形状可以选择方波、锯齿波或编码脉冲（Simplex码或Gray码）。
206、根据注入间隔和脉冲重复周期，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数；
本实施例中，根据计算所得的注入间隔M和获取的脉冲重复周期，按照N最小原则，解阵列单元计算公式，同时考虑数据采样率的具体数值进行舍入操作，可得到阵列阵元数。
207、根据阵列阵元数从脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；
本实施例中，根据计算所得的阵列阵元数，该相位敏感光时域反射相干探测***控制脉冲调制器阵列中确定对应数量的光信号调制器单元，通过确定相应数量的光信号调制器单元，实现在同一周期内发送相应数量的探测光信号。
208、获取探测数据采集分析电路基于脉冲光信号计算得到的光信号调制器单元的移频量；
本实施例中，这里的移频量，指的是对不同的光信号调制器单元进行不同的连续光的移频处理，从而可以避免对应各频移量的频谱之间的混叠。
在实际应用中，通过获取得到探测数据采集分析电路基于脉冲光信号计算得到的光信号调制器单元的移频量。
209、根据频率控制对应的光信号调制器单元生成对应的探测光信号；
本实施例中，根据上述计算的频率控制对应的光信号调制单元，来生成所需的对应探测光信号。
210、根据注入间隔计算同一个探测周期内所需要发送的探测光信号数量，并基于移频量对探测光信号的相位进行调整，得到数量等于探测光信号数量的探测光信号集；
本实施例中，这里的探测周期，指的是连续两个入纤端光脉冲上升沿之间的时间差；这里的相位，指的是对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置：一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。相位描述信号波形变化的度量，通常以度（角度）作为单位，也称作相角。当信号波形以周期的方式变化，波形循环一周即为360°。
在实际应用中，根据计算所得的注入间隔，计算同一个探测周期内所需要发送的探测光信号数量，进而基于获取的移频量对探测光信号的相位进行调整，从而得到对应数量等于探测光信号数量的探测光信号集。
211、在每个注入间隔到达时，从探测光信号集中选择对应的探测光信号发送至对应的待测光缆；
本实施例中，在相应的探测周期内，当每个注入间隔到达时，控制探测光信号集中选择对应的探测光信号，并将其发送至对应的待测光缆中。从而逻辑上实现在一个探测周期内针对光纤某位置点信号的多次采样，从而等效提升脉冲采样速率，最终提高光缆的探测距离。
212、利用探测数据采集分析电路采集待测光缆基于探测光信号返回的脉冲光信号，并对脉冲光信号进行解调分析，得到各待测光缆的探测结果。
本发明实施例中，通过基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；进而根据上述频率从脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；控制光信号调制器单元，基于频率生成对应的探测光信号，并将相对应的探测光信号发送至对应的待测光缆中。相比与现有技术，本申请通过利用最少脉冲调制器阵列数量，实现降低设备总体功耗，基于光缆长度、最大需求探测信号频率，分析并提出了最优的脉冲调制器阵列数量及阵元发射时间间隔，实现了针对每个光纤传感点信息采样速率的提升，从而增加了最大可探测信号速率，能够在后续的设备应用中进行***工作单元的灵活裁剪。并且使用脉冲调制器阵列在相位敏感光时域反射相干探测***中可以实现针对同一探测位置点的频率分集，从而有效抑制相干衰落、偏振衰落的发生，提高信号处理性能。
请参阅图5，本发明实施例中光缆探测方法的第三个实施例包括：
301、获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各位置信息计算出各待测光缆的长度信息；
302、基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；
303、根据频率从脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；
304、控制光信号调制器单元，基于频率生成对应的探测光信号，并将探测光信号发送至对应的待测光缆；
305、采集脉冲调制器阵列的输入光信号，并利用探测数据采集分析电路对输入光信号和脉冲光信号进行耦合，得到相干光信号；
本实施例中，通过对脉冲调制器阵列的输入光信号进行采集，进而利用探测数据采集分析电路中的2×2耦合器对输入光信号和脉冲光信号进行光信号的耦合，得到相干光信号。
306、对相干光信号进行光学混频和光电转换处理，得到相干电信号；
本实施例中，利用探测数据采集分析电路中的双平衡探测器（BPD），对相干光信号进行光学混频和光电转换处理，得到相干电信号。
307、利用探测数据采集分析电路对相干电信号进行滤波，得到目标相干电信号；
本实施例中，由于本申请所用到的脉冲调制器阵列会分时选通不同的阵元实现不同的连续光移频量，对应到双平衡探测器输出端的频谱，基于光脉冲宽度合理选择各选通阵元频移量，可以避免对应各频移量的频谱之间的混叠，相应的信号处理流程参阅图6。
在实际应用中，利用探测数据采集分析电路中的抗混叠滤波器对相干电信号进行滤波，得到目标相干电信号，从而实现了在A/D采样之前的抗混叠滤波，避免非期望信号在A/D过程中频谱反折进有用信号带内造成信号的干扰。
308、解析移频量，得到对应的跨度和脉宽，并利用预置的带宽跨度计算公式计算出对应的带宽跨度；
本实施例中，这里的带宽跨度计算公式，指的是：
BW=A+（1000/PW）×4，
其中A(MHz)为AOM阵列各阵元的频移量最大值最小值跨度,PW(纳秒)为脉宽（脉冲宽度的缩写）。由于宽带A/D的选择主要基于AOM阵列各阵元频移量的跨度以及脉宽，并考虑一阶旁瓣，得到最大需处理信号带宽跨度。
在实际应用中，通过解析上述的移频量，得到对应的跨度和脉宽，并将对应的跨度和脉宽代入预置的带宽跨度计算公式，计算得到对应的带宽跨度。
309、根据带宽跨度和过采样率，利用预置宽带采样率计算公式计算出宽带采样率，并利用宽带采样率控制探测数据采集分析电路对目标相干电信号进行信号转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集；
本实施例中，这里的宽带采样率计算公式，指的是：
Fs>=K×BW，
Fs为A/D的采样率，K为过采样率（正常最小建议为3.5~5）。
在实际应用中，根据解析所得的带宽跨度和过采样率，将相应数据代进预置宽带采样率计算公式计算，得到宽带采样率，进而利用宽带采样率控制探测数据采集分析电路对目标相干电信号进行信号转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集。由于探测数据采集分析电路中的数字下变频单元，通过对应阵元的子带选频处理，基于脉宽以及对应阵元的频移量，实现频谱搬移、数据下采样及低通滤波处理，从而分别选出对应脉冲调制器阵列（AOM）移频量的各个子带数据，每个子带的频域宽度（MHz）满足：（1000/PW）×4，实现对应每个子带的数字下变频处理单元的延迟需要完全相同，进而为后续的信号分析实现子带数据的聚合。
310、对子带脉冲信号集进行分析，得到各待测光缆的探测结果。
本实施例中，通过利用探测数据采集分析电路对处理所得的子带脉冲信号集进行分析处理，从而得到各待测光缆的探测结果。
本发明实施例中，采集脉冲调制器阵列的输入光信号，并利用探测数据采集分析电路对输入光信号和脉冲光信号进行耦合，得到相干光信号；对相干光信号进行光学混频和光电转换处理，得到相干电信号；根据移频量，利用探测数据采集分析电路对相干电信号进行模数转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集；对子带脉冲信号集进行分析，得到各待测光缆的探测结果。相比于现有技术，本申请通过对相干电信号进行相应A/D的采样率和变频处理，避免对应各频移量的频谱之间的混叠，进而实现对应各阵元子带主瓣及一阶旁瓣的选频提取，有效减少了子带之间的频谱混叠，得到更加准确的探测结果。
上面对本发明实施例中光缆探测方法进行了描述，下面对本发明实施例中光缆探测装置进行描述，请参阅图7，本发明实施例中光缆探测装置一个实施例包括：
长度计算模块401，用于获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各所述位置信息计算出各待测光缆的长度信息；
频率计算模块402，用于基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；
单元确定模块403，用于根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；
信号生成模块404，用于控制所述光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆；
信号分析模块405，用于利用所述探测数据采集分析电路采集所述待测光缆基于所述探测光信号返回的脉冲光信号，并对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
本发明实施例中，通过获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各位置信息计算出各待测光缆的长度信息；基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；根据频率从脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；控制光信号调制器单元，基于频率生成对应的探测光信号，并将探测光信号发送至对应的待测光缆。相比于现有技术，本申请能通过对各待测光缆的探测光信号的频率进行计算，从而进行判断得到所用频率是否符合发送频率，进而通过阵元数计算的结果，来控制相应数量的光信号调制器单元发送对应数量的探测光信号，实现等效入纤端脉冲发送频率的等效提升，从而实现了探测光信号的更远距离探测。
同时，通过利用探测数据采集分析电路采集待测光缆基于探测光信号返回的脉冲光信号，并对脉冲光信号进行解调分析，得到各待测光缆的探测结果。相比于现有技术，本申请通过对所采集的脉冲光信号进行分析处理，实现对应各子带信号之间的频谱选择及干扰去除，有效保护了有用频谱信息，减少对应不同脉冲调制器阵元信号之间的干扰，并通过对处理信号的分析，得到所需的探测分析结果。
请参阅图8，本发明实施例中光缆探测装置的另一个实施例包括：
长度计算模块401，用于获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各所述位置信息计算出各待测光缆的长度信息；
频率计算模块402，用于基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；
单元确定模块403，用于根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；
信号生成模块404，用于控制所述光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆；
信号分析模块405，用于利用所述探测数据采集分析电路采集所述待测光缆基于所述探测光信号返回的脉冲光信号，并对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
进一步的，所述频率计算模块402包括：
折射率获取单元4021，用于获取各所述待测光缆对所述探测光信号的折射率；
频率计算单元4022，用于基于探测距离与探测光信号的频率范围之间存在互相制约的关系，根据各所述待测光缆的长度信息和对应的折射率，计算出各待测光缆的探测光信号的频率。
进一步的，所述单元确定模块403包括：
参数获取单元4031，用于获取所述相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的解调参数；
阵元计算单元4032，用于根据所述解调参数和所述频率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数；
阵元确定单元4033，用于根据所述阵列阵元数从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元。
进一步的，所述阵元计算单元4032包括：
所述解调参数包括所述相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的过采样率和所述相位敏感光时域反射相干探测***发送所述探测光信号的脉冲重复周期；根据所述频率和所述过采样率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出所述探测光信号的注入间隔；根据所述注入间隔和所述脉冲重复周期，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数。
进一步的，所述信号生成模块404包括：
移频量获取单元4041，用于获取所述探测数据采集分析电路基于所述脉冲光信号计算得到的光信号调制器单元的移频量；
信号生成单元4042，用于根据所述频率控制对应的所述光信号调制器单元生成对应的探测光信号；
数量计算单元4043，用于根据所述注入间隔计算同一个探测周期内所需要发送的探测光信号数量，并基于所述移频量对所述探测光信号的相位进行调整，得到数量等于所述探测光信号数量的探测光信号集；
信号发送单元4044，用于在每个所述注入间隔到达时，从所述探测光信号集中选择对应的探测光信号发送至对应的待测光缆。
进一步的，所述信号分析模块405包括：
信号偶合单元4051，用于采集所述脉冲调制器阵列的输入光信号，并利用所述探测数据采集分析电路对所述输入光信号和所述脉冲光信号进行耦合，得到相干光信号；
光电转换单元4052，用于对所述相干光信号进行光学混频和光电转换处理，得到相干电信号；
模数转换单元4053，用于根据所述移频量，利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行模数转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集；
脉冲分析单元4054，用于对所述子带脉冲信号集进行分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
进一步的，所述模数转换单元4053包括：
利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行滤波，得到目标相干电信号；解析所述移频量，得到对应的跨度和脉宽，并利用预置的带宽跨度计算公式计算出对应的带宽跨度；根据所述带宽跨度和所述过采样率，利用预置宽带采样率计算公式计算出宽带采样率，并利用所述宽带采样率控制所述探测数据采集分析电路对所述目标相干电信号进行信号转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集。
本发明实施例中，通过利用脉冲调制器阵列，利用各阵元对应光脉冲的分时小间隔发送，实现了针对每个光纤传感点信息采样速率的提升，从而增加了最大可探测信号速率，提高探测光缆的探测距离；并且脉冲调制器阵列结构在相位敏感光时域反射相干探测***中可以实现针对同一探测位置点的频率分集，从而有效抑制相干衰落、偏振衰落的发生，提高信号处理性能。此外通过信号处理数字下变频技术，实现对应各阵元子带主瓣及一阶旁瓣的选频提取，有效减少了子带之间的频谱混叠。不仅可实现更远的探测距离，而且能得到更少信号误差的探测信号的分析结果。
上面图7和图8从模块化功能实体的角度对本发明实施例中的光缆探测装置进行详细描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中光缆探测设备进行详细描述。
图9是本发明实施例提供的一种光缆探测设备的结构示意图，该光缆探测设备500可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（centralprocessing units，CPU）510（例如，一个或一个以上处理器）和存储器520，一个或一个以上存储应用程序533或数据532的存储介质530（例如一个或一个以上海量存储设备）。其中，存储器520和存储介质530可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质530的程序可以包括一个或一个以上模块（图示没标出），每个模块可以包括对光缆探测设备500中的一系列指令操作。更进一步地，处理器510可以设置为与存储介质530通信，在光缆探测设备500上执行存储介质530中的一系列指令操作。
光缆探测设备500还可以包括一个或一个以上电源540，一个或一个以上有线或无线网络接口550，一个或一个以上输入输出接口560，和/或，一个或一个以上操作***531，例如Windows Serve，Mac OS X，Unix，Linux，FreeBSD等等。本领域技术人员可以理解，图9示出的光缆探测设备结构并不构成对光缆探测设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
本发明还提供一种光缆探测设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时，使得处理器执行上述各实施例中的所述光缆探测方法的各个步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述光缆探测方法的各个步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（read-only memory，ROM）、随机存取存储器（random access memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种光缆探测方法，应用于相位敏感光时域反射相干探测***，其特征在于，所述相位敏感光时域反射相干探测***包括脉冲光信号发生电路和探测数据采集分析电路，所述光缆探测方法包括：
在所述脉冲光信号发生电路中设有脉冲调制器阵列，其中所述脉冲调制器阵列包括至少两个光信号调制器单元，每个所述光信号调制器单元生成一种探测光信号；
获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各所述位置信息计算出各待测光缆的长度信息；
基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；
根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；
控制所述光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆；
利用所述探测数据采集分析电路采集所述待测光缆基于所述探测光信号返回的脉冲光信号，并对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
2.根据权利要求1所述的光缆探测方法，其特征在于，所述基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率，包括：
获取各所述待测光缆对所述探测光信号的折射率；
基于探测距离与探测光信号的频率范围之间存在互相制约的关系，根据各所述待测光缆的长度信息和对应的折射率，计算出各待测光缆的探测光信号的频率。
3.根据权利要求1或2所述的光缆探测方法，其特征在于，所述根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元，包括：
获取所述相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的解调参数；
根据所述解调参数和所述频率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数；
根据所述阵列阵元数从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元。
4.根据权利要求3所述的光缆探测方法，其特征在于，所述解调参数包括所述相位敏感光时域反射相干探测***对探测光信号的过采样率和所述相位敏感光时域反射相干探测***发送所述探测光信号的脉冲重复周期；
所述根据所述解调参数和所述频率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数，包括：
根据所述频率和所述过采样率，利用预设的阵列单元计算公式，计算出所述探测光信号的注入间隔；
根据所述注入间隔和所述脉冲重复周期，利用预设的阵列单元计算公式，计算出阵列阵元数。
5.根据权利要求4所述的光缆探测方法，其特征在于，所述控制所述光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆，包括：
获取所述探测数据采集分析电路基于所述脉冲光信号计算得到的光信号调制器单元的移频量；
根据所述频率控制对应的所述光信号调制器单元生成对应的探测光信号；
根据所述注入间隔计算同一个探测周期内所需要发送的探测光信号数量，并基于所述移频量对所述探测光信号的相位进行调整，得到数量等于所述探测光信号数量的探测光信号集；
在每个所述注入间隔到达时，从所述探测光信号集中选择对应的探测光信号发送至对应的待测光缆。
6.根据权利要求5所述的光缆探测方法，其特征在于，所述对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果，包括：
采集所述脉冲调制器阵列的输入光信号，并利用所述探测数据采集分析电路对所述输入光信号和所述脉冲光信号进行耦合，得到相干光信号；
对所述相干光信号进行光学混频和光电转换处理，得到相干电信号；
根据所述移频量，利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行模数转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集；
对所述子带脉冲信号集进行分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
7.根据权利要求6所述的光缆探测方法，其特征在于，所述根据所述移频量，利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行模数转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集，包括：
利用所述探测数据采集分析电路对所述相干电信号进行滤波，得到目标相干电信号；
解析所述移频量，得到对应的跨度和脉宽，并利用预置的带宽跨度计算公式计算出对应的带宽跨度；
根据所述带宽跨度和所述过采样率，利用预置宽带采样率计算公式计算出宽带采样率，并利用所述宽带采样率控制所述探测数据采集分析电路对所述目标相干电信号进行信号转换以及信号变频，得到子带脉冲信号集。
8.一种光缆探测装置，应用于相位敏感光时域反射相干探测***，其特征在于，所述相位敏感光时域反射相干探测***包括脉冲光信号发生电路和探测数据采集分析电路，所述光缆探测装置包括：
在所述脉冲光信号发生电路中设有脉冲调制器阵列，其中所述脉冲调制器阵列包括至少两个光信号调制器单元，每个所述光信号调制器单元生成一种探测光信号；
长度计算模块，用于获取各待测光缆中探测位置的位置信息，并基于各所述位置信息计算出各待测光缆的长度信息；
频率计算模块，用于基于各待测光缆的长度信息，利用预设的探测光信号频率范围的计算公式，计算出各待测光缆的探测光信号的频率；
单元确定模块，用于根据所述频率从所述脉冲调制器阵列中确定对应的光信号调制器单元；
信号生成模块，用于控制所述光信号调制器单元，基于所述频率生成对应的探测光信号，并将所述探测光信号发送至对应的待测光缆；
信号分析模块，用于利用所述探测数据采集分析电路采集所述待测光缆基于所述探测光信号返回的脉冲光信号，并对所述脉冲光信号进行解调分析，得到各所述待测光缆的探测结果。
9.一种光缆探测设备，其特征在于，所述光缆探测设备包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令；
所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述光缆探测设备执行如权利要求1-7中任一项所述的光缆探测方法的各个步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，其特征在于，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述光缆探测方法的各个步骤。
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