CC BY
19ВКВО-2019- Стендовые
ЛОКАЛИЗАЦИЯ «СОБЫТИИ БЕЗ ОТРАЖЕНИЯ» НА ХАРАКТЕРИСТИКАХ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ
ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗА
Бурдин А.В.1,2,3*, Бурдин В.А.2, Дельмухаметов О.Р.4, Евтушенко А.С.2, Желудков М.А.3, Зайцева Е.С.2
1ПАО ЦНПО "КАСКАД", г. Москва 2 Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ), г. Самара
3 ООО "ЛинкИн Тех", г. Уфа 4 Уфимский государственный авиационный технический университет (УГАТУ), г. Уфа
*E-mail: bourdine@yandex. ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16169
На сегодняшний день известно достаточно большое число публикаций, посвященных разработке вспомогательных методов анализа характеристик обратного рассеяния с применением известных подходов теории цифровой обработки сигнала. В этом смысле наиболее популярным является использование элементов вейвлет-анализа - достаточно давно известного, популярного и эффективного инструмента для обработки временных рядов сигналов систем разного назначения [1]. В оптической рефлектометрии данный подход активно используется для подавления шума характеристики обратного рассеяния, а также для решения задачи автоматизированной локализации обрыва (конца линии) или неоднородностей с Френелевским отражением при малом динамическом диапазоне OTDR [2 - 6], в отдельных случаях - регистрации «событий без отражения» при показаниях вносимых потерь OTDR от 0.05 дБ и выше [3, 6 - 8]. Однако при этом не снимается проблема локализации качественных сварных соединений в условиях малого разброса коэффициентов обратного рассеяния соединенных оптических волокон, что нередко приводит к трудоемкому поиску такой неоднородности даже в ручном режиме непосредственно измерителем, а для ряда случаев -вообще невозможности ее локализации, обусловленной пределами разрешающей способности по уровню мощности потока обратного рассеяния самого средства измерения, который, для подавляющего большинства типовых коммерческих OTDR составляет 0.02 дБ.
В ранее опубликованной работе [9] была продемонстрирована эффективность непрерывного вейвлет анализа характеристики обратного рассеяния с применением вейвлета Хаара, который, согласно полученным данным проведенной серии экспериментальных исследований, показал возможность идентификации достаточно «малогабаритных» «событий без отражения» с показаниями OTDR в диапазоне 0.02...0.03 дБ, фактически совпадающими с собственной погрешностью самого средства измерения. Здесь же было предложено предварительно удалять Френелевское отражение на ближнем и дальнем конце, шумы на дальнем конце и LSA-тренд, после чего уже проводить непосредственно само непрерывное вейвлет-преобразование рефлектограммы. По результатам последнего осуществлялось построение полигона нормированных диаграмм пространственного распределения абсолютных значений коэффициентов вейвлета Хаара для разного скейлинга из диапазона 150.2500. При этом полагалось, что искомое «событие без отражения» зарегистрировано, если положение главного максимума данной пространственной диаграммы соответствует локации стыка, а разность между нормированными значениями главного максимума и прочих периферийных пиков диаграммы составляет не менее 0.4.
В данной работе представлены результаты исследования погрешности локализации объекта по «началу», «середине» и «конце» события (рис. 1), соответствующих сварным соединениям с разными показаниями OTDR из диапазона 0.02.0.55 дБ с помощью вейвлета Хаара для всех дискретных значений коэффициентов растяжения, выбранных из диапазона от минимального значения, при котором положение главного максимума совпадает с локаций «события», до максимально возможного, когда огибающая главного максимума позволяет выделить область местоположения исследуемой неоднородности на фрагменте рефлектограммы. На рис. 2 представлены сводные диаграммы результатов оценки абсолютной погрешности локализации сварного соединения с показаниями OTDR +0.032 дБ с помощью вейвлета Хаара в диапазоне выбора коэффициента растяжения 400.2500.
Анализ и сопоставление полученных результатов позволяет рекомендовать использовать в качестве опорного критерия локализации стыка с помощью вейвлета непосредственно «центр» этого «события». Для данного параметра характерна уменьшенная погрешность. Кроме того, при анализе
324 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
ВКВ0-2019 Стендовые
рефлектограмм с «малогабаритными» событиями, границы последних «замываются» из-за ограничений разрешающей способности OTDR: ступенька, в виде которой отображается сварное соединение на характеристикие обратного рассеяния, «растягивается», в то время как положение ее «центра» остается практически неизменным.
Рис. 1. Локализация начала, середины и конца искаженного, за счет неоднородности, участка рефлектограммы линии: показания ОТВЯ +0.554, длина волны 1550 нм, длительность зондирующего
импульса 20 нс
Рис. 2. Сводные диаграммы результатов оценки абсолютной погрешности локализации сварного соединения с показаниями OTDR +0.032 дБ в диапазоне выбора коэффициента растяжения
вейвлета Хаара 400...2500
При переходе к анализу событий, для которых показания OTDR практически соответствуют собственной погрешности самого средства измерения, в отдельных случаях погрешность локализации может достигать неприемлемо высоких значений - вплоть до 40 м и более. Однако и здесь, даже для стыка +0.021 дБ удается подобрать соответствующие области скейлинга, в пределах которых отклонение не превышает 2 м. Это позволило выявить опорные универсальные значения коэффициентов растяжения для вейвлета Хаара, при которых обеспечивается абсолютная погрешность локализации «объекта» рефлектограммы, соответствующего сварному соединению с показаниями OTDR от 0.05 дБ и выше, не более 2.5 м.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям в рамках проекта №. 1621ГС1/24340 (код 0024340).
Литература
1. Stark H.-G., Wavelets and signal processing. Berlin: Springer (2005)
2. Gu Xia, et al., Proc. ofIEEE Conf. of Time-Frequency and Time-Scale Analysis, 353 - 356 (1994)
3. Chaoju H., et al., 2nd IEEE International Conf. on Intell. Human-Machine Syst. and Cyber., 216 - 219 (2010)
4. Wen-Gang H., et al., Proc. of IEEE Symposium on Photonics and Optoelectronics, 12948029-1 - 12948029 -4 (2012)
5. Манонина И.В., T-Comm 9, 54 - 59 (2014)
6. Acar H., Advanced Research in Electrical & Electronics Systems 1(1), 1 - 5 (2016)
7. Иванов А.Б. и др., Спецтехника и связь 2-3, 52 - 57 (2010)
8. ZhangX., et al., 4th IEEE International Congress on Image and Signal Processing, 2275 - 2279 (2011)
9. Bourdine A.V., et al., Proc. of SPIE 10774, 10774-1H-01 - 10774-1H-08 (2018)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 325
