СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ СОБЫТИЙ НА РЕФЛЕКТОГРАММАХ ГРУППЫ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ОДНОГО ЭЛЕМЕНТАРНОГО КАБЕЛЬНОГО УЧАСТКА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2019 года по МПК G01M11/02 H04B10/25 

Изобретение относится к измерительной технике волоконно-оптических систем связи, а именно может быть использовано для локализации событий, соответствующих, в том числе, сварным соединениям оптических волокон (ОВ) строительных длин оптического кабеля (ОК) в оптических муфтах, на рефлектограммах (характеристиках обратного рассеяния), предварительно измеренных с помощью оптического рефлектометра (OTDR - Optical Time Domain Reflectometer), реализующего метод обратного рассеяния во временной области, для группы ОВ одного элементарного кабельного участка (ЭКУ) тестируемой волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) при определении параметров передачи компонентов линейного тракта этого ЭКУ, в том числе, коэффициентов затухания строительных длин ОК и вносимых потерь на стыках ОВ строительных длин ОК в оптических муфтах. Данный комплекс измерений может выполняться при паспортизации смонтированного ЭКУ, согласно руководящим документам (РД) 45.156-2000 [1], при проведении аудита состояния резервных волокон ЭКУ действующей ВОЛП после выполнения сезонных рефлектометрических измерений в рамках планово-профилактических работ в процессе технической эксплуатации, согласно РД 45.180-2001 [2], оценивании потерь мощности на кабельной вставке при ремонте ОК смонтированного ЭКУ после проведения соответствующего комплекса аварийно-восстановительных работ [2], реконструкции/модификации ЭКУ ВОЛП и др., с последующим обязательным сопоставлением результатов измерений параметров передачи компонентов линейного тракта тестируемого ЭКУ с пороговыми значениями, утвержденными в рамках соответствующего РД [3].

OTDR, реализующие метод обратного рассеяния во временной области являются базовым средством измерения [1-5] параметров компонентов линейного тракта ЭКУ тестируемой ВОЛП, которые, в свою очередь, определяются в результате анализа предварительно полученных рефлектограмм ОВ тестируемого ЭКУ.

В общем случае, анализ рефлектограммы ОВ включает в себя последовательность выполнения следующих операций [4, 5 и др.]:

1) Локализация и последующая идентификация событий, которая предполагает выделение искаженных участков рефлектограммы, соответствующих локальным неоднородностям линии, и определении расстояния до них;

2) Выделение на основе полученных данных о местоположении событий «квазирегулярных» (неискаженных) участков рефлектограммы и аппроксимация их соответствующими линейными зависимостями;

3) Прогноз поведения рефлектограммы на участках с неоднородностями путем интерполяции результатов соответствующей линейной аппроксимации прилегающих к событию «квазирегулярных» участков;

4) Расчет искомых параметров компонентов ЭКУ тестируемой ВОЛП по полученным теоретическим зависимостям.

Таким образом, именно локализация событий является ключевым этапом анализа рефлектограммы, результатом которого является выделение искомых фрагментов массивов данных пространственной координаты (ось абсцисс) и уровня мощности потока обратного рассеяния (ось ординат), соответствующих «квазирегулярным» участкам строительных длин ОК, и проведения их последующей математической обработки, которая сводится к линейной аппроксимации по методу наименьших квадратов, либо методу двух точек, в зависимости от измеряемого параметра отдельного компонента линейного тракта ЭКУ или ЭКУ в целом [4, 5].

Современные коммерческие измерительные системы - от полевых OTDR, до измерительных платформ и систем мониторинга ОК ВОЛП - оснащены соответствующим программным обеспечением (ПО), реализующим приведенную выше последовательность операций для анализа рефлектограмм, включая определение местоположения событий, в том числе соответствующих сварным соединениям ОВ строительных длин ОК. Для подавляющего большинства систем данный процесс базируется на известном способе выявления и идентификации «аномалий среды распространения сигнала», в частности неоднородностей ОВ (патент US 5155439 [6]), заключающемся в поиске локального изменения уровня мощности потока обратного рассеяния относительно предыдущего значения последовательно анализируемого массива данных рефлектограммы одного и того же ОВ, снятой в одном из направлений «А→Б» или «Б→А», на некоторое пороговое значение, с учетом предварительно построенной в результате линейной аппроксимации эквивалентной линейной зависимости уровня мощности потока обратного рассеяния от пространственной координаты расстояния, исходя из предположения отсутствия на рефлектограмме «событий без отражений» и «событий с отражением». Данный способ позволяет эффективно обнаруживать с точностью, непосредственно определяемой разрешающей способностью OTDR при установленных параметрах измерения, «события с отражением», соответствующие, в том числе, концу линии/обрыву, Френелевскому отражению на вводе, сросткам ОВ, выполненным с помощью механических соединителей, разъемным соединениям, а также «события без отражения», отличающимся большим локальным перепадом уровня мощности потока обратного рассеяния, к которым относятся, в том числе, локальные изгибы ОВ с радиусом, менее допустимого, отдельные сварные соединения, выполненные для пары волокон с сильным разбросом коэффициентов обратного рассеяния и/или некачественной сварке. Однако данный способ не осуществляет выявление и определение местоположения событий на рефлектограмме, соответствующих качественной, удовлетворяющей нормативным значениям вносимых потерь [3], сварке ОВ с близким значением коэффициентов обратного рассеяния, для которых локальное отклонение уровня мощности потока обратного рассеяния незначительно превышает, а в ряде случаев либо идентично собственным флуктуациям уровня мощности потока обратного рассеяния, обусловленных, в том числе, нерегулярной структурой реальных ОВ, на квазирегулярных участках рефлектограмм, измеренных в условиях высокой разрешающей способности, либо может отсутствовать как таковое при низком пространственном разрешении. При этом попытка уменьшения порогового значения локального отклонения уровня мощности потока обратного рассеяния, используемого в качестве критерия поиска неоднородности линии описанного типа или не дает искомых результатов, или, напротив, приводит к выявлению «ложных» событий опять же из-за флуктуаций уровня мощности потока обратного рассеяния.

Известен способ многократного измерения рефлектограммы ОВ и реализующий его OTDR (патент US 2013/0088718 А1 [7]), который заключается в последовательном снятии рефлектограмм одного и того же ОВ в одном из направлений «А→Б» либо «Б→А» при разных длительностях зондирующего импульса, благодаря чему обеспечивается поиск, идентификация, определение местоположения события и последующее оценивание его параметров в условиях высокой разрешающей способности на ближнем конце в процессе анализа рефлектограмм, полученных при малых длительностях зондирующего импульса, и необходимом соотношении сигнал/шум на дальнем конце при анализе рефлектограмм, полученных при увеличенных длительностях зондирующего импульса, а также его модификация, дополненная серией измерений одного ОВ в одном из направлений «А→Б» или «Б→А» также при нескольких длительностях зондирующего импульса и разных длинах волн (патент US 2016/0013860 А1 [8]), что позволяет, в целом, повысить количество выявленных событий, соответствующих, в том числе, сварным соединениям ОВ строительных длин ОК, и повысить точность их локализации. Однако такой способ требует проведения соответствующей модернизации как аппаратной, так и программной части OTDR, либо непосредственно модификации самой методики выполнения измерения и последующего анализа группы рефлектограмм одного ОВ с помощью типового OTDR при разных длительностях зондирующего импульса. Основным недостатком данного способа невозможность его применения для анализа уже ранее измеренных рефлектограмм ОВ, полученных по традиционной методике только при одной длительности зондирующего импульса, установленной оператором OTDR перед началом проведения измерений.

Известен способ локализации событий, который заключается в постобработке массива данных рефлектограммы, полученной при определенных, установленных оператором, в том числе, не всегда оптимальных для каждого конкретного случая, параметров измерений OTDR, для одного ОВ в одном из направлений «А→Б» или «Б→А» путем использования фильтров Калмана (например, [9] и др.), преобразовании Габора (например, [10, 11] и др.), а также элементов вейвлет-анализа (например, [12-16] и др.), в том числе, при низких соотношениях сигнал-шум. Согласно представленным в опубликованных работах [9-16] результатам, данный способ, в общем случае, снижает погрешность определения местоположения событий на рефлектограмме, характеризуется более высокой чувствительностью, с точки зрения выявления «событий без отражения», по сравнению с [7], однако при этом не обеспечивает возможность локализации событий, соответствующих сварным соединениям ОВ, удовлетворяющим нормативным значениям вносимых потерь [3], при одновременно близких значениях коэффициентов обратного рассеяния этих соединенных ОВ, т.к. в этом случае локальное изменение уровня мощности потока обратного рассеяния не проявляется и находится в пределах собственных флуктуаций уровня мощности потока обратного рассеяния самой рефлектограммы.

Наиболее близким по технической сущности является способ многократного двустороннего измерения и анализа рефлектограммы ОВ и реализующий его OTDR (патент US 2015/0346054 А1 [17]). Данный способ также является модификацией [7], заключается в проведении многократных измерений рефлектограммы одного и того же ОВ при разных длительностях зондирующего импульса, но, в отличие от [7], эти измерения выполняются поэтапно для этого ОВ в обоих направлениях «А→Б» и «Б→А», после чего осуществляется анализ и обработка каждой из снятых рефлектограмм в соответствующем направлении, по результатам которого составляются таблицы событий в направлении «А→Б» и в направлении «Б→А». Далее выполняется поэтапное сопоставление таблиц выявленных событий, с учетом критерия контрольной суммы оптических длин для одного и того же события № «j» (нумерация традиционно ([1, 17]) ведется в направлении «А→Б»):

где и - расстояния от начала рефлектограммы до одного и того же события № «j» в направлениях «А→Б» и «Б→А», соответственно; L_Σ - общая протяженность (оптическая длина) тестируемого ОВ. При несовпадении контрольной суммы, делается заключение о невыявленном на одном из направлений событии, проводится сопоставление нумерации соседних событий в таблицах, после чего осуществляется соответствующее корректирование таблицы с пропущенным событием, включающее в себя, в том числе, дополнение таблицы новым выявленным событием, последующее выполнение исправление порядка нумерации событий, а также определение расстояния от начала ОВ до местоположения пропущенного события путем сопоставления контрольной суммы и расстояния до этого же события в противоположном направлении, на котором оно было локализовано:

если событие № «j» было выявлено в направлении «Б→А» и пропущено в направлении «А→Б»;

если событие № «j» было выявлено в направлении «А→Б» и пропущено в направлении «Б→А», соответственно. Данный способ, как было отмечено выше, за счет многократного измерения рефлектограмм одного и того же ОВ при разных длительностях зондирующего импульса и, соответственно, разном разрешении и соотношении сигнал/шум, позволяет, в целом, увеличить количество выявленных событий, соответствующих, в том числе, сварным соединениям ОВ строительных длин ОК, и повысить точность их локализации, а дополнение в виде двустороннего анализа - не только увеличить эффективность локализации событий в целом, но и обеспечить возможность восстановления и определения местоположения событий, пропущенных на одном из направлений, за счет их выявления на другом направлении. Однако, с точки зрения реализации многократного измерения рефлектограмм одного и того же ОВ при разных длительностях зондирующего импульса, данный способ не может быть использован для анализа уже ранее измеренных характеристик обратного рассеяния ОВ, полученных по традиционной методике только при одной длительности зондирующего импульса, установленной оператором OTDR перед началом проведения измерений. Кроме того, данный способ не обеспечивает возможность локализации событий, соответствующих сварным соединениям ОВ, удовлетворяющим нормативным значениям вносимых потерь [3] (и тем более, для сварных соединений с потерями существенно меньше нормативных), при одновременно близких значениях коэффициентов обратного рассеяния этих соединенных ОВ: для таких сварных соединений, наиболее «сложных», с точки зрения выявления на характеристике обратного рассеяния, локальное изменение уровня мощности потока обратного рассеяния практически не проявляется и фактически находится в пределах собственных флуктуаций уровня мощности потока обратного рассеяния рефлектограммы, обусловленных нерегулярной структурой реальных ОВ, что не позволяет их обнаружить ни на одном из двух направлений «А→Б» / «Б→А» для одного и того же ОВ. Все это приводит к необходимости уточнения результатов локализации событий на рефлектограмме и корректированию таблиц событий (внесению пропущенных событий и удаление ложных) уже непосредственно самим оператором «вручную» [17] с использованием дополнительной информации, например, о значениях оптических длин ОВ, составляющих тестируемую линию. Все это, в итоге, ограничивает область применения способа.

Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения, а именно возможность локализации событий на рефлектограммах группы ОВ одного ЭКУ тестируемой ВОЛП, соответствующих сварным соединениям ОВ, выполненным с вносимыми потерями существенно меньше нормативных значений, при одновременно близких значениях коэффициентов обратного рассеяния этих соединенных ОВ.

Эта сущность достигается за счет того, что, согласно заявляемому способу локализации событий на рефлектограммах группы ОВ одного ЭКУ ВОЛП, предварительно измеренные в двух направлениях «А→Б» и «Б→А» рефлектограммы ОВ тестируемой ВОЛП группируются по признакам принадлежности волокон к одному ЭКУ; далее осуществляется анализ каждой рефлектограммы соответствующего ОВ одного и того же ЭКУ, снятой в заданном направлении на предмет выявления и идентификации событий, по результатам которого для каждого ОВ составляются таблицы событий в направлении «А→Б» и в направлении «Б→А», после чего осуществляется сопоставление таблиц выявленных событий на рефлектограммах этих ОВ, снятых для одного направления; при этом, если хотя бы на двух рефлектограммах из всей группы ОВ одного ЭКУ, измеренных в одном направлении «А→Б» или «Б→А», для расстояний до выявленных событий № «i» ОВ № «m» и № «j» ОВ № «n» выполняется условие принадлежности к одному событию

где - расстояние от начала рефлектограммы ОВ № «m» до события «i»; - расстояние от начала рефлектограммы ОВ № «n» до события № «j»; ΔL - пороговое допустимое отклонение значений расстояния от начала до местоположения одного и того же события, обозначенного № «i» и № «j» на рефлектограммах разных ОВ, которое определяется пространственным разрешением этих рефлектограмм; то и для всех остальных рефлектограмм из группы ОВ одного ЭКУ одного направления данное событие присутствует, а расстояние до его местоположения оценивается как среднее арифметическое расстояний до местоположения этого события на тех рефлектограммах этой группы, где оно было локализовано; затем осуществляется исправление в таблицах событий рефлектограмм ОВ с пропущенными событиями, в том числе, дополнение таблицы новым выявленным событием и отметкой о его местонахождении, а также корректирование нумерации событий; на следующем этапе проводится сопоставление таблицы событий каждого ОВ, составленной для рефлектограммы в направлении «А→Б», с таблицей событий каждого ОВ, составленной для рефлектограммы в направлении «Б→А»; при этом если хотя бы для пары рефлектограмм разных направлений двух разных ОВ № «m» в направлении «А→Б» и № «n» в направлении «Б→А» или для одного и того же ОВ (m=n) в направлениях «А→Б» и «Б→А») для пары событий № «i» на ОВ № «m» в направлении «А→Б» и № «j» в направлении «Б→А» выполняется условие контрольной суммы расстояний до одного и того же события в противоположных направлениях относительно оптической длины ЭКУ:

где - расстояние от начала рефлектограммы ОВ № «m» до события «i» в направлении «А→Б»; - расстояние от начала рефлектограммы ОВ № «n» до события «j» в направлении «Б→А»; - среднее арифметическое оптических длин ЭКУ по этим ОВ № «m» и № «n»; то и для всех остальных рефлектограмм группы ОВ этого ЭКУ данное событие присутствует, при этом расстояние до местоположения невыявленных событий на рефлектограммах одного направления оценивается путем сопоставления контрольной суммы и расстояния до этого же события в противоположном направлении, на котором оно было локализовано, относительно оптической длины ЭКУ по этому ОВ:

если событие № «i» было выявлено на ОВ № «m» в направлении «А→Б» и пропущено на ОВ № «k» в направлении «Б→А»;

если событие № «j» было выявлено на ОВ № «n» в направлении «Б→А» и пропущено на ОВ № «k» в направлении «А→Б»; по результатам двустороннего анализа проводится исправление в таблицах событий рефлектограмм ОВ с пропущенными событиями, в том числе, дополнение таблицы новым выявленным событием и отметкой о его местонахождении, корректирование нумерации событий с учетом ведения этой нумерации направлении «А→Б» или «Б→А»; после чего осуществляется переход непосредственно к определению соответствующих параметров передачи компонентов линейного тракта ЭКУ ВОЛП по рефлектограммам группы ОВ этого ЭКУ, согласно описанным в соответствующих ратифицированных РД методикам, использующим метод обратного рассеяния во временной области.

Сопоставление заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ не требует модификации соответствующих компонентов аппаратно-программной части OTDR для реализации проведения измерения рефлектограмм одного и того же ОВ тестируемой ВОЛП при разных значениях длительности зондирующего импульса и может быть использован для анализа рефлектограмм группы ОВ одного ЭКУ, полученных для каждого ОВ из этой групппы при одной заданной длительности зондирующего импульса.

Заявляемый способ обеспечивает возможность анализа уже ранее измеренных рефлектограмм ОВ, полученных по традиционной методике измерения при одной длительности зондирующего импульса, установленной оператором OTDR перед началом проведения измерений, в отличие от прототипа, который требует проведения новых повторных многократных измерений рефлектограмм ОВ по модифицированной соответствующим образом методике с помощью типового OTDR для нескольких длительностей зондирующего импульса или непосредственно путем применения реализующего ее в автоматизированном режиме специализированного OTDR.

В отличие от известного решения, в заявляемом способе, проводится анализ не двух рефлектограмм одного и того же ОВ, первая из которых измеряется в направлении «А→Б», вторая - в направлении «Б→А», а набора рефлектограмм разных ОВ из группы одного ЭКУ, также измеренных с помощью OTDR методом обратного рассеяния во временной области в двух направлениях «А→Б» и «Б→А», что увеличивает количество выявленных событий в целом, по сравнению с прототипом, и при этом, в отличие от прототипа, обеспечивает искомую локализацию на рефлектограмме ОВ заданного номера, снятой в одном из направлений «А→Б» или «Б→А», такого события, как сварное соединение, выполненное с вносимыми потерями существенно меньше нормативных значений [3] при одновременно близких значениях коэффициентов обратного рассеяния соединенных пар ОВ двух соседних строительных длин в оптической муфте соответствующего номера, благодаря возможности выявления на рефлектограммах других номеров ОВ группы этого же ЭКУ, снятых в этом или другом направлении «А→Б» или «Б→А», этой же оптической муфты и размещенных в ней сварных соединений, для которых локальное изменение уровня мощности потока обратного рассеяния в местоположении данного события выше собственных флуктуаций уровня мощности потока обратного рассеяния рефлектограммы.

Кроме того, сравнение с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что при локализации событий путем их сопоставления на рефлектограммах группы ОВ одного ЭКУ ВОЛП, снятых в одном или разных направлениях, контрольная сумма оптических длин одного и того же или двух разных направлений на рефлектограммах одного и того же или разных ОВ учитывает возможные отклонения по расстоянию до местоположения этого события путем ввода соответствующей поправки ΔL, определяемой разрешающей способностью, с которой эти рефлектограммы были измерены.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение эффективности локализации событий на рефлектограммах ОВ тестируемой ВОЛП за счет сопоставления результатов анализа набора рефлектограмм разных ОВ одного ЭКУ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

Фиг. 1 - пример отобранных рефлектограмм группы из 4 ОВ одного ЭКУ тестируемой ВОЛП, измеренных в направлении «А→Б» на одной длине волны 1550 нм, с наложением и приведенной скелетной схемы размещения строительных длин и смонтированных муфт между оконечными пунктами ЭКУ, линейный тракт которого включает в себя 4 строительных длины ОК и 3 оптических муфты;

Фиг. 2 - рефлектограммы этих же отобранных 4х ОВ рассматриваемого ЭКУ, измеренные в направлении «Б→А» также на одной длине волны 1550 нм, с наложением и приведенной скелетной схемой;

Фиг. 3 - алгоритм локализации событий на рефлектограммах группы ОВ одного ЭКУ, реализующего заявляемый способ;

Фиг. 4 - пример фрагмента таблицы событий, включающий в себя нумерацию, идентификацию и расстояние от начала ОВ до события, составленной по результатам анализа рефлектограммы ОВ ЭКУ, выполненного с применением ПО типового OTDR;

Фиг. 5 - пример результатов сопоставления и последующего корректирования таблиц событий рефлектограмм группы ОВ одного ЭКУ, измеренных в одном направлении «А→Б»;

Фиг. 6 - пример результатов сопоставления и последующего корректирования таблиц событий рефлектограмм группы ОВ одного ЭКУ, измеренных в одном направлении «Б→А»;

Фиг. 7 - пример результатов двустороннего анализа, сопоставления и последующего корректирования таблиц событий рефолектограмм группы ОВ одного ЭКУ.

Заявляемый способ реализуется следующим образом. На первом этапе из всей совокупности предварительно измеренных в двух направлениях «А→Б» и «Б→А» рефлектограмм ОВ тестируемой ВОЛП осуществляется отбор группы рефлектограмм, в соответствие с признаками принадлежности того или иного ОВ к одному и тому же ЭКУ этой тестируемой ВОЛП. Так, согласно определению ЭКУ ВОЛП, представленному в ратифицированном РД [18], для группы ОВ одного ЭКУ выполняются следующие условия: 1) оптическая длина этих ОВ совпадает в пределах погрешности средства измерения, а также с учетом вводимой при необходимости поправки, обусловленной разбросом избыточной длины ОВ строительных длин ОК, в том числе из-за особенности конструкции ОК; 2) количество оптических муфт и, соответственно, сварных соединений по одному ОВ соответствующих портов оптических кроссов оконечных пунктов ЭКУ идентично.

Таким образом, общее число выделяемых рефлектограмм составляет не менее четырех: как минимум два разных ОВ одного ЭКУ в двух направлениях «А→Б» и «Б→А». На практике этот случай может соответствовать аудиту состояния волокон ЭКУ действующей ВОЛП по результатам выполнения сезонных рефлектометрических планово-профилактических измерений, осуществляемых в процессе технической эксплуатации линии, которые реализуются на резервных ОВ, число которых в подавляющем большинстве случаев составляет не менее двух [2], а для достаточно большого количества введенных в эксплуатацию ЭКУ - от четырех и более разных ОВ.

С точки зрения приемо-сдаточных измерений, реализуемых в процессе паспортизации смонтированного ЭКУ ВОЛП, при которых снимаются рефлектограммы абсолютно всех ОВ линии [1, 19], количество измеренных в одном направлении рефлектограмм разных ОВ составит не менее четырех, исходя из минимальной емкости типового ОК связи, инсталлируемого на ВОЛП транспортных сетей / сетей связи общего пользования, а также магистральных ВОЛП сетей широкополосного доступа [20, 21]. Более того, согласно требованиям РД [1-3, 21], перечисленный комплекс измерений проводится в обязательном порядке, как минимум, на двух рабочих длинах волн, в частности, для ВОЛП с одномодовыми ОВ - на 1310 нм и 1550 нм. Поэтому в случае выполнения оператором OTDR всех требований ратифицированных РД [1-3, 21], общее количество анализируемых рефлектограмм, с учетом двух направлений измерения и двух рабочих длин волн достигает уже не менее восьми.

Отбор файлов данных искомых рефлектограмм группы ОВ одного ЭКУ осуществляется в подавляющем большинстве случаев непосредственно путем анализа каталога этих файлов, сформированного на электронном носителе, с применением ПО для просмотра рефлектограмм и сопоставлением введенных оператором OTDR системы имен / нумерации / меток файлов с соответствующими комментариями и фрагментами пакета исполнительной документации [1], например, схемы соответствия портов оптических кроссов, схемы распайки ОВ, укладочной ведомости строительных длин ОК, скелетной схемы размещения строительных длин ОК и оптических муфт.

В качестве примера на фиг. 1 представлены результаты отбора 4 рефлектограмм группы из 4 ОВ одного смонтированного ЭКУ тестируемой ВОЛП, измеренных в направлении «А→Б» на одной длине волны 1550 нм при длительности зондирующего импульса 10 не и пространственным разрешением 1 м, с наложением и приведенной скелетной схемы размещения строительных длин и смонтированных муфт между оконечными пунктами ЭКУ, линейный тракт которого включает в себя 4 строительных длины ОК и 3 оптических муфты. В свою очередь на фиг. 2 приведены отобранные рефлектограммы этих же 4 ОВ рассматриваемого ЭКУ, измеренные уже в направлении «Б→А» также на одной длине волны 1550 нм, с наложением и приведенной скелетной схемой данного ЭКУ. Описанная процедура отбора рефлектограмм группы ОВ одного ЭКУ выполняется в блоке 1 представленного на фиг. 3 алгоритма локализации событий, реализующего заявляемый способ. После чего в блоке 2 осуществляется группирование отобранных рефлектограмм ОВ одного ЭКУ по направлениям «А→Б» и «Б→А», соответственно, что на практике может соответствовать, например, перезаписи выбранных файлов данных в два дополнительно сформированных подкаталога или внесению соответствующих изменений в имя / метку файла, отображающие принадлежность рефлектограммы к одному из двух проведенных направления измерения.

На следующем этапе осуществляется поочередный анализ каждой рефлектограммы соответствующего ОВ одного и того же ЭКУ, снятой в заданном направлении, на предмет выявления, идентификации и определения местоположения событий в направлении «А→Б» (блоки 3, 4) и в направлении «Б→А» (блоки 13, 14). Данная процедура может быть выполнена с помощью традиционного подхода, реализованного в ПО типовых OTDR, в соответствие с приведенным выше известным способом [6], а также дополнена другими оригинальными методами, описанными, например, в упомянутых публикациях [9-16], которые характеризуются более высокой эффективностью выявления событий, по сравнению с [6]. По результатам анализа для каждого ОВ составляются таблицы событий в направлении «А→Б» (блок 5) и в направлении «Б→А» (блок 15). В качестве примера на фиг. 4 представлены результаты анализа рефлектограммы ОВ №«1» в направлении «А→Б» группы ОВ рассматриваемого смонтированного ЭКУ (фиг. 1), выполненного с помощью штатного ПО OTDR, применение которого позволило локализовать и идентифицировать 4 события, 2 из которых непосредственно соответствуют сварным соединениям ОВ строительных длин ОК в оптических муфтах, и далее составить таблицу событий, фрагмент которой, включающий в себя нумерацию, идентификацию и расстояние от начала ОВ до события, также приведена на фиг. 4.

Далее выполняется сопоставление таблиц выявленных событий на рефлектограммах группы ОВ одного ЭКУ, снятых для одного направления, по принципу «каждый с каждым» (блоки 6-8, 11 в направлении «А→Б» и 16-18, 21 в направлении «Б→А»). При этом, если хотя бы на двух рефлектограммах из всей группы ОВ одного ЭКУ, измеренных в одном направлении «А→Б» или «Б→А», для расстояний до выявленных события № «i» ОВ № «m» и события № «j» ОВ № «n» выполняется условие принадлежности к одному событию (блок 9 в направлении «А→Б», блок 19 в направлении «Б→А»)

где - расстояние от начала рефлектограммы ОВ № «m» до события «i»; - расстояние от начала рефлектограммы ОВ № «n» до события № «j»; ΔL - пороговое допустимое отклонение значений расстояния от начала до местоположения одного и того же события, обозначенного № «i» и «j» на рефлектограммах разных ОВ, то и для всех остальных рефлектограмм из группы ОВ одного ЭКУ одного направления данное событие присутствует.При этом расстояние до его местоположения оценивается как среднее арифметическое расстояний до местоположения этого события на тех рефлектограммах этой группы, где оно было локализовано.

Параметр ΔL фактически определяется пространственным разрешением этих рефлектограмм, которая непосредственно зависит от установленной оператором OTDR длительности зондирующего импульса, а также малым разбросом оптических длин ОВ внутри одной строительной длины ОК, обусловленных особенностью конструкции самого ОК и избыточной длиной ОВ в ней. Завышенное значение данного параметра может быть выбрано непосредственно согласно данным, указанным в РД [2]. В то же время, согласно результатам выполненной серии тестов, посвященных верификации заявляемого способа локализации событий, которые проводились на рефлектограммах ОВ смонтированных ЭКУ инсталлированных и введенных в эксплуатациию ВОЛП, было выявлено, что пороговое допустимое отклонение значений расстояния ΔL от начала рефлектограммы до местоположения одного и того же события, обозначенного как № «i» и № «j» на рефлектограммах разных ОВ, не превышает 1 порядок относительно пространственного разрешения обрабатываемых рефлектограмм.

После выявления каждого нового события в процессе сопоставления событий рефлектограмм ОВ одного направления осуществляется исправление в таблицах событий рефлектограмм ОВ с пропущенными событиями: добавляется пропущенное событие, указывается расстояние до него, корректируется порядок нумерации событий в таблице (блок 10 направление «А→Б», блок 20 направление «Б→А»). Таким образом, результатом проведения полного цикла сопоставления всех таблиц всех рефлектограмм ОВ одного направления являются уточненные таблицы событий ОВ одного ЭКУ одного направления (блок 12 направление «А→Б», блок 23 направление «Б→А»), В качестве примера на фиг. 5 представлен пример результатов сопоставления и последующего корректирования таблиц событий рефлектограмм группы 4 ОВ одного рассматриваемого ЭКУ (фиг. 1, 2), измеренных в направлении «А→Б», а на фиг. 6 - для направления «Б→А». Здесь в обоих случая для ОВ № «2» и ОВ № «4» удалось выявить по одному дополнительному событию, пропущенному на этапе анализа рефлектограммы с применением типового ПО.

На следующем этапе проводится сопоставление таблицы событий каждого ОВ, составленной для рефлектограммы в направлении «А→Б», с таблицей событий каждого ОВ, составленной для рефлектограммы в направлении «Б→А» (блоки 25-27, 34, 35). Здесь для каждой пары событий - № «i» ОВ № «m» в направлении «А→Б» и № «j» ОВ № «n» в направлении «Б→А» оценивается выполнение условия контрольной суммы расстояний до одного и того же события в противоположных направлениях относительно оптической длины ЭКУ (блок 28):

где - расстояние от начала рефлектограммы ОВ № «m» до события «i» в направлении «А→Б»; - расстояние от начала рефлектограммы ОВ № «n» до события «j» в направлении «Б→А»; - среднее арифметическое оптической длины ЭКУ по этим ОВ № «m» и № «n». Если хотя бы для двух рефлектограмм разных направлений двух разных ОВ № «m» в направлении «А→Б» и № «n» в направлении «Б→А» или для одного и того же ОВ (m=n) в направлениях «А→Б» и «Б→А» для рассматриваемой пары событий выполняется это условие, данная пара событий является одним и тем же для соответствующих направлений «А→Б» и «Б→А» и присутствует на всех остальных рефлектограммах группы ОВ этого ЭКУ (блоки 29-32). При этом расстояние до местоположения невыявленных событий на рефлектограммах одного направления оценивается путем сопоставления контрольной суммы и расстояния до этого же события в противоположном направлении, на котором оно было локализовано, относительно оптической длины ЭКУ по этому ОВ:

если событие № «j» было выявлено на ОВ № «n» в направлении «Б→А» и пропущено на ОВ № «k» в направлении «А→Б» (блок 31);

если событие № «i» было выявлено на ОВ № «m» в направлении «А→Б» и пропущено на ОВ № «k» в направлении «Б→А» (блок 32).

Далее проводится исправление таблиц рефлектограмм ОВ с пропущенными событиями, в том числе, дополнение таблицы каждым новым выявленным событием и отметкой о его местонахождении, а также корректированием нумерации событий в таблице, с учетом ведения этой нумерации в направлении «А→Б» или «Б→А» (блок 33). По окончании полного цикла двустороннего анализа всех рефлектограмм группы ОВ ЭКУ число событий в итоговых таблицах рефлектограмм каждого ОВ этой группы одного ЭКУ в обоих направлениях «А→Б» и «Б→А» становится идентичным, нумерация событий совпадает, разброс расстояний от начала рефлектограммы не превышает ΔL (блок 34). В качестве примера на фиг. 7 представлен пример результатов двустороннего анализа и последующего корректирования таблиц событий рефлектограмм группы ОВ одного рассматриваемого ЭКУ. Сопоставление со скелетной схемой размещения оптических муфт и строительных длин ОК данного ЭКУ показывает, что на этом этапе удалось выявить все остальные пропущенные события.

Далее для полученных итоговых таблиц событий осуществляется переход непосредственно к определению соответствующих параметров передачи компонентов линейного тракта ЭКУ ВОЛП по рефлектограммам группы ОВ этого ЭКУ, согласно описанным в соответствующих ратифицированных РД методикам, использующим метод обратного рассеяния во временной области.

Предлагаемый способ увеличивает количество выявленных событий на рефлектограммах группы ОВ одного ЭКУ в целом и обеспечивает возможность локализации таких событий, как сварное соединение, выполненное с вносимыми потерями существенно меньше нормативных значений [3] при одновременно близких значениях коэффициентов обратного рассеяния соединенных пар ОВ, для которых локальное изменение уровня мощности потока обратного рассеяния в местоположении данного события находится в пределах собственных флуктуаций уровня мощности потока обратного рассеяния рефлектограммы. Предлагаемый способ не требует какой либо модификации соответствующих компонентов аппаратно-программной части OTDR и не требует проведения новых дополнительных измерений рефлектограмм ОВ ЭКУ по модифицированной соответствующим образом методике, например, с изменением длительности зондирующего импульса, или новым OTDR, реализующим эти методики, и обеспечивает возможность анализа в том числе и уже ранее измеренных рефлектограмм группы ОВ одного ЭКУ, полученных по традиционной методике измерения, регламентированной соответствующими РД (например, [1, 2, 3, 19]).

Для подтверждения работоспособности заявляемого способа была проведена серия тестов, включающих анализ предварительно измеренных с помощью разных поколений разных моделей OTDR (в том числе, Yokogawa, EXFO, Anritsu, Agilient) при разной разрешающей способности рефлектограмм групп ОВ как макетных, так и действующих ВОЛП с разной протяженностью исследуемых ЭКУ, результаты которых для одного из ЭКУ представлены на фиг. 1, 2, 4-7.

ЛИТЕРАТУРА

1. РД 45.156 - 2000. Руководящий документ отрасли. Состав исполнительной документации на законченные строительством линейные сооружения магистральных и внутризоновых ВОЛП.

2. РД 45.180 - 2001. Руководящий документ отрасли. Руководство по проведению планово-профилактических и аварийно-восстановительных работ на линейно-кабельных сооружениях связи волоконно-оптической линии передачи.

3. Нормы приемо-сдаточных измерений элементарных кабельных участков магистральных и внутризоновых подземных волоконно-оптических линий передачи сети общего пользования. Утверждены приказом Госкомсвязи России №97 от 17.12.97.

4. Understanding OTDRs. - GN Nettest, 2000. - 70 p.

5. Листвин, A.B. Рефлектометрия оптических волокон / А.В. Листвин, В.Н. Листвин. - М.: ЛЕСАРарт, 2005. - 208 с.

6. Patent US 5155439 Al United States Patent, IPC Classification G01R 31/11. Method of detecting and characterizing of anomalies in a propagative medium / D.L. Holmbo, W.G. Gavett, B.L. Rosenow, M.S. Overton, Tektronix Inc., USA. - No 450120, priority date 12.12.1989, publication date 13.10.1992.

7. Patent US 2013/0088718 Al United States Patent, IPC Classification G01M 11/00. Multiple-acquisition OTDR method and device / S. Perron, M. Leblane, EXFO Inc., Canada. - No 13/699982, priority data 26.05.2011, publication date 11.04.2013.

8. Patent US 2016/0013860 A1 United States Patent, IPC Classification H04B 10/071, G01M 11/00. Multiple-acquisition OTDR method and device / S. Perron, M. Leblane, EXFO Inc., Canada. - No 14/860277, priority data 21.09.2015, publication date 14.01.2016.

9. Kim Y., Sung J., Hong S.R., Park J. Analyzing OTDR measurement data using the Kalman filter // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2008. - vol. 57(5). -P. 947-951.

10. Liu F., Zarowski C.J. Detection and estimation of connection splice events in fiber optics given noisy OTDR data-Part I: GSR/MDL method // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2001. - vol. 50(1). - P. 47-58.

11. X. Man, Yi Dong, H. He, W. Hu. Analysis of connection splice events in OTDR data using short Fourier transform method // Chinese Journal of Scientific Instrument. - 2010. - vol. 31(9).

12. Gu Xia, Sablatash M. Estimation and detection in OTDR using analyzing wavelets // Proceedings of IEEE Conference of Time-Frequency and Time-Scale Analysis. - 1994. - P. 353-356.

13. Chaoju H., Jun L. The application of wavelet transform in analysis of OTDR curve // 2^nd IEEE International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics. - 2010. - P. 216-219.

14. Иванов А.Б., Котляр C.C., Левченко A.C., Ташоян А.Ф. Применение вейвлет-преобразования и нейронных сетей для локализации и идентификации сигналов в условиях шумов // Спецтехника и связь. - 2010. - №2-3. - С. 52-57.

15. Wen-Gang Н., Bao-Ji L., Lin Zh., Wie Y. Study on the detection signal of OTDR based on wavelet denoising and approximate entropy // Proceedings of IEEE Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO). - 2012. - P. 12948029-1 - 12948029 -4.

16. Zhang X., Zhaoy H., Sunz G., Cuix T. Localization of non-reflective events in OTDR data combining DWT with template matching // 4^th IEEE International Congress on Image and Signal Processing. - 2011. - P. 2275 - 2279.

17. Patent US 2015/0346054 Al United States Patent, IPC Classification G01M 11/3145, Bi-directional multi-pulsewidth optical time-domain reflectometer / M.L'Heureux, M. Leclere, E. Thomassin, S. Perron, EXFO Inc., Canada. - No 14/820707, priority date 07.08.2015, publication date 03.12.2015.

18. OCT 45.190 - 2001 Системы передачи волоконно-оптические. Стыки оптические. Термины и определения. - М.: Издание официальное, ЦНТИ «Информсвязь», 2002. - 14 с.

19. РД 45.190 - 2001. Руководящий документ отрасли. Участок кабельный элементарный волоконно-оптической линии передачи. Типовая программа испытаний.

20. Оптические кабели связи российского производства. Справочник / А.С. Воронцов, О.И. Турин и др. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2003. - 288 с.

21. Кабели оптические. Заводы-изготовители. Общие сведения. Конструкции, оборудование, техническая документация, сертификаты / Ю.Т. Ларин, А.А. Ильин, В.А. Нестерко. - М.: Престиж, 2007. - 320 с.

Изобретение относится к измерительной технике волоконно-оптических систем связи, а именно может быть использовано для локализации событий на рефлектограммах группы оптических волокон одного элементарного кабельного участка волоконно-оптической линии передачи. В способе локализации событий на рефлектограммах группы оптических волокон одного элементарного кабельного участка волоконно-оптической линии передачи предварительно проводится анализ каждой рефлектограммы из этой группы, снятой в заданном направлении, на предмет выявления и идентификации событий, с последующим составлением таблицы событий. Затем осуществляется сопоставление таблиц рефлектограмм в одном направлении с проверкой выполнения условия соответствия принадлежности пары событий на рефлектограммах разных оптических волокон одного направления к одному событию. Далее в разных направлениях с проверкой выполнения условия контрольной суммы расстояний до одного и того же события в противоположных направлениях относительно оптической длины элементарного кабельного участка при выполнении первого или второго условия хотя бы для пары событий двух разных оптических волокон или в случае второго условия для пары событий одного и того же оптического волокна делается заключение о присутствии этого события на всех остальных рефлектограммах группы, после чего проводятся соответствующие исправления в таблицах событий рефлектограмм оптических волокон с пропущенными событиями. Технический результат - возможность локализации событий на рефлектограммах группы оптических волокон одного элементарного участка волоконно-оптической линии передачи. 7 ил.

Способ локализации событий на рефлектограммах группы оптических волокон одного элементарного кабельного участка волоконно-оптической линии передачи, заключающийся в том, что предварительно измеренные в двух направлениях «АБ» и «БА» рефлектограммы оптических волокон тестируемой волоконно-оптической линии передачи группируются по признакам принадлежности волокон к одному элементарному кабельному участку; далее осуществляется анализ каждой рефлектограммы соответствующего оптического волокна одного и того же элементарного кабельного участка, снятой в заданном направлении на предмет выявления и идентификации событий, по результатам которого для каждого оптического волокна составляются таблицы событий в направлении «АБ» и в направлении «БА», после чего осуществляется сопоставление таблиц выявленных событий на рефлектограммах этих оптических волокон, снятых для одного направления; при этом, если хотя бы на двух рефлектограммах из всей группы оптических волокон одного элементарного кабельного участка, измеренных в одном направлении «АБ» или «БА», для расстояний до выявленных события №«i» оптического волокна №«m» и события №«j» оптического волокна №«n» выполняется условие принадлежности к одному событию

,

где- расстояние от начала рефлектограммы оптического волокна №«m» до события «i»; - расстояние от начала рефлектограммы оптического волокна №«n» до события №«j»; ΔL - пороговое допустимое отклонение значений расстояния от начала до местоположения одного и того же события, обозначенного №«i» и №«j» на рефлектограммах разных оптических волокон, которое определяется пространственным разрешением этих рефлектограмм; то и для всех остальных рефлектограмм из группы оптических волокон одного элементарного кабельного участка одного направления данное событие присутствует, а расстояние до его местоположения оценивается как среднее арифметическое расстояний до местоположения этого события на тех рефлектограммах этой группы, где оно было локализовано; затем осуществляется исправление в таблицах событий рефлектограмм оптических волокон с пропущенными событиями, в том числе дополнение таблицы новым выявленным событием и отметкой о его местонахождении, а также корректирование нумерации событий; на следующем этапе проводится сопоставление таблицы событий каждого оптического волокна, составленной для рефлектограммы в направлении «АБ», с таблицей событий каждого оптического волокна, составленной для рефлектограммы в направлении «БА»; при этом, если хотя бы для пары рефлектограмм разных направлений двух разных оптических волокон №«m» в направлении «АБ» и №«n» в направлении «БА» или для одного и того же оптического волокна (m=n) в направлениях «АБ» и «БА») для пары событий №«i» на оптическом волокне №«m» в направлении «АБ» и №«j» в направлении «БА» выполняется условие контрольной суммы расстояний до одного и того же события в противоположных направлениях относительно оптической длины элементарного кабельного участка расстояния:

,

где - расстояние от начала рефлектограммы оптического волокна №«m» до события «i» в направлении «АБ»; - расстояние от начала рефлектограммы оптического волокна №«n» до события «j» в направлении «БА»; - среднее арифметическое оптических длин элементарного кабельного участка по этим оптическим волокнам №«m» и №«n»; то и для всех остальных рефлектограмм группы оптических волокон этого элементарного кабельного участка данное событие присутствует, при этом расстояние до местоположения невыявленных событий на рефлектограммах одного направления оценивается путем сопоставления контрольной суммы и расстояния до этого же события в противоположном направлении, на котором оно было локализовано, относительно оптической длины элементарному кабельному участку по этому оптическому волокну:

,

если событие №«i» было выявлено на оптическом волокне №«m» в направлении «АБ» и пропущено на оптическом волокне №«k» в направлении «БА»;

,

если событие № «j» было выявлено на оптическом волокне №«n» в направлении «БА» и пропущено на оптическом волокне №«k» в направлении «АБ»; по результатам двустороннего анализа проводится исправление в таблицах событий рефлектограмм оптических волокон с пропущенными событиями, в том числе дополнение таблицы новым выявленным событием и отметкой о его местонахождении, корректирование нумерации событий с учетом ведения этой нумерации направлении «АБ» или «БА»; после чего осуществляется переход непосредственно к определению соответствующих параметров передачи компонентов линейного тракта элементарного кабельного участка волоконно-оптической линии передачи по рефлектограммам группы оптических волокон этого элементарного кабельного участка, согласно описанным в соответствующих ратифицированных руководящих документах методикам, использующим метод обратного рассеяния во временной области.