Подводная волоконно-оптическая линия связи Российский патент 2022 года по МПК G08C23/00 H04B10/00 

Изобретение относится к области подводных систем сбора и передачи данных и может быть использовано, в частности, для обнаружения подводных и надводных объектов, а также в морской сейсморазведке и для мониторинга состояния морской среды.

Известны подводные волоконно-оптические линии связи с частотным уплотнением (DWDM) каналов в оптическом волокне протяженностью от десятков до тысяч километров, проложенные в морях и океанах. Эти кабельные линии выполняют одну функцию - непрерывная качественная передача информации из одной точки в точку [1, 2].

Известна подводная лаборатория Neptune Canada [3], имеющая 800 км волоконно-оптическую линию связи с частотным уплотнением (DWDM) каналов в оптическом волокне с бронированным подводным кабелем с усилителями и подводными датчиками. Датчики располагаются на подводных контейнерах, на донных или вертикальных кабельных ответвлениях от магистрального кабеля. Эта система создана специально для непрерывного мониторинга океана.

Известна «Система кабельной глубоководной связи с подводными лодками» [4]. Указанная система содержит подводный магистральный волоконно-оптический кабель с оптическими подводными ретрансляторами. В указанной системе предложено расширение ее функций путем подключения плавающих буев с аппаратурой, соединенных с ретрансляторами с помощью дополнительных кабелей. Плавающие буи, снижающие живучесть системы, являются серьезным препятствием для широкого применения изобретения в подводных линиях связи.

Наиболее близким к изобретению по назначению и составу является подводная волоконно-оптическая линия связи системы Optical Submarine Cable корпорации NEC серии NS с подводными кабелями OCC-SC500 типа SA, SAH, DA, DAH, опубликовано на сайте корпорации NEC [5], включающая в себя бронированный подводный волоконно-оптический кабель и подводные контейнеры содержащим оптические усилители и мультиплексор ввода/вывода выбранных частотных каналов из множества каналов DWDM в одном волокне (OADM). Эта система выполняет одну функцию - непрерывная качественная передача информации из точки в точку.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей подводной линии связи путем сбора информации о подводной среде и находящихся в ней объектах.

Поставленная цель достигается тем, что в типовой подводной волоконно оптической линии связи (ВОЛС) с DWDM, имеющей бронированный подводный волоконно-оптический кабель, подводные контейнеры с оптическими усилителями и DWDM мультиплексорами ввода/вывода OADM на броне кабеля закрепляются оптические датчики, сигналы от которых подаются на один канальный вход OADM по оптическому волокну, проходящему через металлические трубки, встроенные в броню кабеля.

На Фиг. 1 показана блок схема участка линии связи, где:

1 - кабель оптической магистрали связи;

2 - подводный аппаратный блок;

3 - оптические датчики, например гидрофоны.

На Фиг. 2 показан кабель магистральной связи, где

4 - металлические трубки в броне кабеля.

На Фиг. 3 показана блок схема прохождения сигналов в аппаратном блоке, где:

5 - лазер;

6 - оптический модулятор;

7 - оптический циркулятор;

9 - блок АЦП и обработки;

10 - медиаконвертора;

1l - трансивер DWDM;

12 - OADM мультиплексор;

13 - оптический усилитель.

Линия связи на фиг. 1 имеет бронированный подводный волоконно-оптический кабель 1, подводные аппаратурные контейнеры 2 и оптические датчики смонтированные на поверхности кабеля 3. Расстояние между аппаратурными контейнерами достигает сотни километров. Участок кабеля, на котором установлены датчики не превышает одного километра.

На фиг. 2 показано сечение магистрального бронированного оптического кабеля с металлическими трубками 4, расположенными в броне кабеля. Сигнал с оптических датчиков передается в аппаратный блок по волокну проложенному в трубках. В местах установки оптических датчиков снимается внешняя оболочка кабеля, металлическая трубка в броне кабеля разрезается и в нее вводится, например вдувается, одно или несколько оптических волокон, соединяющих вскрытые места между собой таким образом, что из трубки выступают концы волокна длиной необходимой для подключения датчиков. Узлы встраивания датчиков в кабель герметизируются полиуретановым компаундом.

На фиг. 3 показана блок-схема прохождения сигналов а аппаратурном блоке.

Оптическое излучение подается на датчики 3 с лазера 5 через оптический модулятор 6 и циркулятор 7. Оптическое излучение отраженное от датчиков и промодулированное внешним воздействием через циркулятор подается на фотоприемник 8.

Электрический сигнал с выхода фотоприемника подается на блок аналого-цифрового преобразования и обработки 9, в котором происходит обработка оптического сигнала с датчиков и выделение из него сигнала, модулированного внешним воздействием.

С выхода блока обработки 9 электрический сигнал подается на трансивер DWDM 10, который преобразует электрический сигнал в оптический с несущей частотой одного из спектральных каналов DWDM и передает его на канальный вход DWDM мультиплексора ввода/вывода - OADM 11. OADM 11, включенный последовательно с усилителем 12 в разрыв одного магистрального оптического волокна кабеля 1, вводит данные от оптических датчиков в один из множества спектральных каналов группового сигнала DWDM. На оконечном пункте линии связи штатный мультиплексор DWDM выделит спектральный канал с данными от датчиков и передаст потребителю.

Чувствительным элементом датчиков является оптическое волокно. Сбор данных от датчиков осуществляется методами рефлектометрии и (или) интерферометрическими методами. Такие методы получения сигналов по волокну предусматривают использование высокостабильных узкополосных лазерных источников и оптических модуляторов, создающих последовательность импульсов, обеспечивающую мультиплексирование массива датчиков разделением по времени. Технологически более интересна схема сбора данных от последовательно соединенных датчиков по одному волокну, основанная на разделении сигналов от датчиков по времени запаздывания отраженных импульсов [6, 7].

Все устройства, добавленные в аппаратный блок, малогабаритны с малым энергопотреблением и однородны с аппаратурой волоконно-оптической линии DWDM. Из оптических датчиков наиболее распространены подводные оптические датчики звукового давления (гидрофоны), датчики сейсмических сигналов (геофоны), датчики температуры, тензодатчики. Такие датчики без больших затруднений встраиваются в кабель, не затрагивая центральных элементов кабеля, в том числе магистральных оптических волокон, и образуя утолщения на кабеле диаметром порядка 100 мм. Таким образом не меняя живучесть и надежность линии связи, используя один из десятков частотных каналов только в одном из волокон линии связи можно непрерывно получать данные из удаленных районов морей и океанов.

Источники информации

1. www.cablemap.info

2. Damage to Indian submarine cable hits Bangladesh internet speed, Dhaka-Tribune 06.01.2017 (https:/www.dhakatribune.com).

3. Peter Phibbs, Rick Cook Neptune Canada cabled ocean observatory - now a reality, Suboptic 2010 conference & convention (http:/www.suboptic.org/wp-content/uploads/2014/10/193_oral_THU_1B_01.pdf).

4. Патент РФ 2260249 от 10.09.2015, кл. Н04В 10/16, 13/02, Катанович А.А. и др.

5. https://www.nec.com/en/global/prod/nw/submarine/product/ns-series.html.

6. Зотов A.M., Качан И.П., Корженевский Д.С., Яцеев В.А. Фазовая модуляция лазерного импульса в системе опроса волоконно-оптического гидрофона. «Датчики и системы», №2 2017.

7. Куликов А.В. Волоконно-оптические акустические сенсоры на брэгговских решетках. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, НИУ ИТМО, 2012.

Изобретение относится к области подводных систем сбора и передачи данных и может быть использовано, в частности, для обнаружения подводных и надводных объектов, а также в морской сейсморазведке и для мониторинга состояния морской среды. Заявленная подводная волоконно-оптическая линия связи содержит бронированный металлическими проволоками волоконно-оптический кабель, подводные аппаратные блоки с усилителями оптического DWDM сигнала и как минимум одним мультиплексором ввода/вывода (OADM). В контейнер с усилителями дополнительно вводится источник лазерного излучения, модулятор, оптический циркулятор, фотоприемник, блок АЦП и обработки и трансивер DWDM, а в наружную броню кабеля дополнительно вводятся одна или несколько металлических трубок. Причем каждая трубка вскрывается в местах подключения к кабелю подводных волоконно-оптических датчиков и заполняется оптическим волокном, концы которого соединяются с волокнами оптических датчиков, образуя последовательное соединение датчиков, при этом волокно от ближнего к контейнеру датчика заводится в контейнер и подключается к входу циркулятора, второй вход которого через модулятор подключен к источнику лазерного излучения, а выход через последовательно соединенные фотоприемник, блок АЦП и обработки и трансивер DWDM подключается к входу определенного данному аппаратному блоку спектрального канала OADMM. Технический результат - расширение функциональных возможностей подводной оптоволоконной линии связи путем сбора информации о подводной среде и находящихся в ней объектах. 3 ил.

Подводная волоконно-оптическая линия связи, содержащая бронированный металлическими проволоками волоконно-оптический кабель, подводные аппаратные блоки с усилителями оптического DWDM сигнала и как минимум одним мультиплексором ввода/вывода (OADM), отличающаяся тем, что в контейнер с усилителями дополнительно вводится источник лазерного излучения, модулятор, оптический циркулятор, фотоприемник, блок АЦП и обработки и трансивер DWDM, а в наружную броню кабеля дополнительно вводятся одна или несколько металлических трубок, причем каждая трубка вскрывается в местах подключения к кабелю подводных волоконно-оптических датчиков и заполняется оптическим волокном, концы которого соединяются с волокнами оптических датчиков, образуя последовательное соединение датчиков, при этом волокно от ближнего к контейнеру датчика заводится в контейнер и подключается к входу циркулятора, второй вход которого через модулятор подключен к источнику лазерного излучения, а выход через последовательно соединенные фотоприемник, блок АЦП и обработки и трансивер DWDM подключается к входу определенного данному аппаратному блоку спектрального канала OADM.