OTDR曲线分析技术在光纤故障诊断中的应用研究

论文摘要

随着全球信息通信事业的迅猛发展,由于光纤所具有的高速率、大容量等显著优点,加之其成本低廉,光纤早已广泛应用于众多重要领域。传统的光纤网络维护手段在当前网络高效化、规模化、复杂化的特点下表现出其明显的局限性。光纤故障诊断系统的出现为光缆网络的高效运行提供了技术上的保证。但是目前光纤故障诊断系统普遍存在定位不准的缺陷,究其原因是因为故障诊断系统中,分析OTDR测试曲线信号的算法不合适。小波变换理论在信号去噪、信号奇异性分析以及故障诊断等方面都有着显著的优势。在光纤故障诊断系统中引入小波变换方法,并将其应用到OTDR测试曲线信号的分析方面上,将提高光纤故障定位的准确性、提高光纤网络的维护效率。本文首先分析了目前光纤故障诊断系统所采用的主要技术以及利用OTDR进行曲线分析、故障定位的原理及关键技术。其次,针对光纤故障诊断系统自身的特点,从理论上说明了采用小波变换对解决光纤故障诊断系统中OTDR曲线分析的可行性。第三,仿真实现了对实际光缆线路上产生的典型OTDR测试曲线进行降噪和奇异点定位。仿真中通过一系列实验的对比,选取通用阈值方式计算阈值并使用软门限阈值处理进行降噪处理;其次,对不同的小波基、不同小波尺度下小波变换效果进行比对,并根据工程上的实际情况,选用haar小波、尺度2作为光纤诊断系统OTDR曲线分析模块的基小波与小波尺度。第四,将小波分析技术应用于实际中的光缆故障诊断系统,完成OTDR曲线分析模块。实际运行效果表明:光纤故障定位精度较原有OTDR曲线分析有较大性能上的提高,效果显著,其成果应用前景广阔。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 光纤故障诊断的引入
• 1.3 光纤故障诊断在国内外研究现状
• 1.4 主要研究工作
• 1.5 研究工具
• 1.6 本文结构安排
• 第2章 光纤通信与OTDR 技术
• 2.1 光纤通信
• 2.1.1 光纤通信原理-全反射
• 2.1.2 光纤通信的特点
• 2.2 光缆的管理维护
• 2.2.1 光纤线路常见的故障及发生原因
• 2.2.2 光纤线路的管理维护
• 2.3 光时域反射仪（OTDR）
• 2.3.1 OTDR 设备性能
• 2.3.3 OTDR 的测试的理论基础
• 2.3.4 OTDR 的构造
• 2.3.5 OTDR 测试曲线
• 2.3.6 OTDR 测试曲线分析的研究现状
• 2.4 本章小结
• 第3章 小波变换基础理论
• 3.1 小波变换的数学基础
• 3.1.1 傅里叶（fourier）变换
• 3.1.2 短时傅里叶变换
• 3.1.3 小波变换
• 3.2 小波变换的类型
• 3.2.1 连续小波变换
• 3.2.2 离散小波变换
• 3.3 小波奇异性检测原理
• 3.4 OTDR 曲线分析中小波变换的适用性
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于小波变换的OTDR 曲线分析仿真
• 4.1 曲线事件的检测流程
• 4.2 OTDR 曲线信号去噪
• 4.2.1 OTDR 曲线信号小波降噪的方法
• 4.2.2 OTDR 小波降噪的阈值选取
• 4.2.3 OTDR 小波降噪的阈值的处理
• 4.2.4 对OTDR 曲线信号进行小波降噪的仿真
• 4.3 OTDR 曲线的小波变换分析
• 4.3.1 OTDR 曲线分析的基小波选取
• 4.3.2 OTDR 曲线分析的尺度选取
• 4.3.3 OTDR 曲线小波分析的仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 OTDR 曲线分析在光纤故障诊断中的应用
• 5.1 光纤故障诊断系统的框架
• 5.1.1 系统主要组成部分的功能
• 5.1.2 系统的工作流程
• 5.2 OTDR 测试的准备
• 5.2.1 OTDR 测试波长的选择
• 5.2.2 光纤故障诊断系统监测距离的计算及动态范围的选择
• 5.3 利用小波变换分析OTDR 曲线
• 5.3.1 数据库的设计
• 5.3.2 光纤故障诊断中曲线分析流程
• 5.3.3 OTDR 曲线分析模块的功能
• 5.3.4 系统中OTDR 曲线分析的窗口
• 5.4 光纤故障诊断系统的测试结果
• 5.4.1 OTDR 曲线分析模块的运行界面
• 5.4.2 OTDR 曲线分析的故障分析成果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 本文工作
• 6.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要