CC BY
181
Вейвлет-анализ рефлектограмм с использованием математического пакета Matlab
Широкое распространение рефлектометров определяется удобством тестирования ВОЛС и отдельных волокон и кабелей. На экране рефлектометра в виде графика наглядно представлена зависимость от расстояния изменения относительной мощности сигнала обратного рассеяния в логарифмических единицах. Такой график называется рефлектограммой и по нему можно судить о состоянии тестируемого участка ВОЛС, а также производить целый ряд количественных измерений. Для визуализации и обработки результатов измерений характеристик неоднородности линий, необходимо файл с реальной рефлектограммой, записанной рефлектометром, открыть при помощи специального программного обеспечения. Существуют различные программы, работающие с файлами рефлектограмм. Наиболее распространенными являются ANDO AQ7932 Emulation Software, JDSU Fiber Trace Unicode Viewer, Wavelek Wintrace Viewer v4.20. Такого рода программы позволяют не только реализовать функцию анализа рефлектограммы, но также и функцию создания отчёта. Из загруженных рефлектограмм при помощи таких программ, получают следующую информацию о параметрах, при которых была измерена текущая трасса: длина волны измерений; длительность зондирующего импульса при измерениях; диапазон расстояний, установленный при измерениях; усреднение (количество циклов или время), установленное при измерениях; количество точек измерений на протяжении диапазона расстояний, сохраненных в файле. При этом Ключевые аювст информацию о видах повреждения волокна и об испытательном сигнале получают со значительными
волокно, вейвлег-анализ, погрешностями. Возникает необходимость в создании новых методов для извлечения такой информации из
рефлекторамма, измерение, рефлектограмм. Одним из них является применение вейвлет-анализа. Реализовать обработку анализ, математический рефлектограмм с применением вейвлет-анализа возможно, используя математический пакет MATLAB,
пакет MATIAB. который позволяет производить обработку с помощью пакетного расширения Wavelet Toolbox
Манонина И.В., аспирант каф. МСиИИ, МТУСИ
Обзор существующею программного обеспечения
для обработки рефлектограмм.
Для обеспечения эффективной работы волоконнооптических систем передачи очень важным является быстрое установление и устранение обрывов волокна, особенно в системах с высокой информационной ёмкостью. Не менее важным является вопрос определения ослабления оптического кабеля, а также потерь, вносимых соединениями и другими компонентам» ВОЛС при установке новых систем передачи. В основе решения всех этих задач лежит использование измерительного прибора
- оптического рефлектометра, на экране которого формируется изображение - рефлектограмм а, представляющая собой зависимость уровня отраженного в волокне импульсного оптического сигнала от расстояния вдоль волокна[1].
Вертикальная шкала определяет уровень потерь (относительную мощность) в логарифмических единицах, горизонтальная - соответствует расстоянию тестируемого участка. Каждый тип неоднородности (сварное соединение волокон, трещина, оптический разъем и т.д.) имеет свой характерный образ на дисплее рефлектометра. Мощность рассеянных назад импульсов на 80..,50 дБ (в зависимости от их длительности) меньше мощности импульсов, вводимых в волокно. Поэтому для улучшения отношения сигнал/шум используется многократное усреднение результатов измерений. Причем для их эффективного усреднения достаточно нескольких секунд, так как время, затрачиваемое на прохождении линии мало (100 км свет проходит за 1 мс). Типичная рефлектограм-ма содержит около 32 ООО измеряемых точек и при вычислении каждой такой точки усредняется несколько тысяч импульсов. Весь этот массив данных рефлектометр
обрабатывает за долю секунды. Первая измеренная реф-лектограмма сразу выводится на дисплей. Далее на дисплей выводятся усредненные рефлектограммы. При каждом удвоении времени измерений шумы в усредненной рефлектограмме уменьшаются примерно на 0,75 дВ [2].
Обработка сигнала, несущего измерительную информацию, осуществляется с помощью персонального компьютера (ПК), в который сигнал поступает от устройства согласования через интерфейс. Применение ПК для обработки информации позволяет представить в увеличенном виде отдельные части рефлектограммы, вычислить величины отдельных неоднородностей, составить их перечень, оформить отчёт [3].
Полученную и записанную в определенный формат рефлеКТОграмму необходимо отобразить на экране компьютера для дальнейшей обработки результатов измерений характеристик неоднородности линий. Для этого существуют специальные программы, позволяющие открывать файлы с рефлектограммой. Наиболее распространенными являются ANDO AQ7932 Emulation Software, JDSU Fiber Trace Unicode Viewer, Wavetek Wintrace Viewer v4.20 и пр. Такого рода программы позволяют не только реализовать функцию анализа рефлектограммы (загрузка и редактирование файлов одной или нескольких рефлектограмм, проверка/редактирование положения неоднородностей, просмотр и анализ разности двух трасс), но также и функцию создания отчёта (в виде общей таблицы или распечатки рефлектограмм). Рассмотрим основные программы.
а) Программа AN DO A 0743,2 Emulation Software. Данная программа предназначена для открытия на персональном компьютере файлов рефлектограмм записанных рефлектометрами фирмы Yokogawa {AQ7250 или AQ7260). Программа ANDO позволяет работать со следующими типами файлов (у разных рефлектометров свой формат записи данных):
- *.SOR - формат для рефлектометров Telcordia (5Л-4731) и Bellcore (GR-№-CORE)\
-*.TRD - формат для рефлектометров AQlKsiY,
- *.TRB - формат для рефлектометров AQ125Q.
Программа работает со всеми операционными системами персонального компьютера Windows. Поддерживаемые языки - английский, русский.
Программа разделена на две функциональные части: 1. Функция анализа: предназначена для загрузки файлов рефлектограмм и проверки/редактирования положения неоднородностей. Можно загружать и редактировать несколько рефлектограмм (до восьми), посмотреть разность двух трасс или выполнить анализ трассы с двух сторон. 2. Функция создания отчёта: предназначена для загрузки файлов рефлектограмм и создания отчётов по ним в виде общей таблицы или распечатки рефлектограмм.
Основные измерения, которые позволяет проводить программа: измерение потерь па неоднородностях (4- и 6-маркерный методы); измерение отражения от неоднородностей: измерение потерь и расстояния между двумя произвольными точками на трассе.
Программа включает следующие функции анализа: редактирование неоднородностей, вычисление потерь и затухания на произвольном участке, определение потерь, отражения и рассеяния на неоднородности. Существуют три основных режима работы: обычный режим - используется для определения потерь, отражения и рассеяния на произвольном участке трассы; режим редактирования неоднородностей - используется для добавления, удаления, перемещения неоднородностей, найденных при автопоиске ИЛИ сохраненных в файлах; анализ граееы с двух сторон - выполняется разность двух загруженных траес (отображаются различие между двумя трассами) или анализ трассы с двух сторон (анализируются результаты измерений трассы с двух направлений). При последнем режиме работы результаты анализа можно сохранить в текстовом формате CSV, содержащий только список неоднородностей.
Функция создания отчёта включает в себя выбор разновидности отчёта, выбор исходных файлов, установку эталонных неоднородностей и вывод отчёта. Данная функция имеет две разновидности: распечатка рефлектограмм (Трасса) и общая таблица. В виде распечатки отчёт выводит рефлектограммы одной и той же длины волны для всех загруженных файлов. При этом есть возможность выбора количества рефлектограмм, распечатываемых на одной странице, и порядок их расположения на странице, В случае режима вывода в общую таблицу в неё выводятся потери, отражение и рассеяние на неоднородностях для всех волокон из загруженных файлов. Также возможно добавить в отчёт итоговую информацию для каждого типа соединения, и информацию о наличии повреждений, определяемых в соответствии с установленными пороговыми значениями,
б) Прог рамма JDSU Fiber Trace Unicode Viewer.
Данная программа предназначена для открытия на персональном компьютере файлов рефлектограмм, записанные рефлектометрами фирмы Acterna Eningen GmbH (JDSU, Wuvetek), но также поддерживает большинство рефлектометров совместимых с международным стандартом Bellcore 146. Данная программа позволяет работать со следующими основными форматами файлов:
- *.SOR - для рефлектометров Telcordia (Ж-4731) и Bellcore (GR-1 96-COREY,
- *.TFW- для рефлектометров Helios, MTS 5100;
- *.WTK - для рефлектометров MTS 5100с, 5200.
Также есть поддержка таких форматов как; *.ОЕО.
*,№OR, *.WDM, *,PMD,
Программа работает со следующими операционными системами персонального компьютера: Windows
XP/Vistafl. Поддерживаемые языки - английский, французский,
В программе есть возможность осуществлять функцию анализа: предназначена для загрузки файлов рсф-лектограмм и просмотра положения неоднородностей. Предусмотрена возможность загружать несколько рефлектограмм, с целью оценки разности двух трасс. Функция создания отчёта представляет собой вывод информации об исследуемой линии (длина линии, потери, затухания и пр.) в файл формата MS Excel (*j:Is).
в) Программа Wavetek Wintrace Viewer v4.20.
Программа позволяет открывать, обрабатывать, анализировать и подготавливать отчёты из файлов рефлектограмм фирмы Wuvetek только с расширением *.TFW.
Программа работает с операционной системой персонального компьютера Windows ХР. Поддерживаемые языки -английский, французский, немецкий, испанский.
г) Программа Workplace 3,8,
Программа для визуализации и обработки рефлектограмм Workplace 3.8 полностью на русском языке, разработана компанией СвязьЭлектро-М. Поддерживает следующие форматы файлов, совместимые с международным стандартом Bellcore 196: *.SOR, *.TRA. Поддерживает все операционные системы Windows. Программа условно бесплатная. Функция анализа: предназначена для загрузки файлов рефлектограмм и проверки положения неоднородностей. Вывод обработанных данных осуществляется в графический формат *.Ьтр.
д) I [раграмма Trace.Net OTDR Test Management Software v. 1.0,7.
Данная программа разработана для просмотра, анализа, редактирования и создания отчётов из файлов рефлек-тограмма выполненных на приборах Noyes Л-Я00, Д/200, Л/600, OFL 200, OFL 250, OFL 2S0 фирмы AFL Telecommunications. Поддерживаемые форматы файлов: *.SOR, * 513, * S15, *.М\Ъ. Поддерживаемый язык — английский.
Таблица I
Название программы Поддерживаемые форматы файлов Под- держка русского языка Удобство функции анализа
ANDO AQmi Emulation Software *.SOR, *.TRD, *.TRB + +
JDSU Fiber Trace Unicode Viewer *.SOR. *.TFW, *.WTK, *.OEO, *.MSOR. *.WDM, *.PMD - -
Wavetek Wintrace Viewer v4.20 *.TFW - +
Workplace 3.8 *.SOR. *.TRA + -
Trace. Net OTDR Test Management Software v. 1.0.7 *.SOR, *513, *.5i5, *.м\г - +
Из рассмотренных программ для просмотра и анализа рефлектограмм наиболее предпочтительной по своим характеристикам оказывается программа ANDO AQ1932 Emulation Software. Данная программа обладает наиболее дружественным интерфейсом и обладает более функциональной анализирующей частью, а также позволяет выводить отчёты из файлов рефлектограмм в расширенном и разнообразном виде.
Преобразование рефлектограммы для последующей обработки в математическом пакетеMATLAВ.
Из загруженных рефлектограмм при помощи программы AN DO AQ7932 Emulation Software, возможно получить следующую информацию о параметрах, при которых была измерена текущая трасса: длина волны измерений; длительность зондирующего импульса при измерениях; диапазон расстояний, установленный при измерениях; групповой индекс преломления, установленный при измерениях; усреднение (количество циклов или время), установленное при измерениях; количество точек измерений на протяжении диапазона расстояний, сохраненных в файле.
Но получить из рефлектограммы полную и точную информацию о различных видах повреждения волокна возможно со значительными пог решностями. Возникает необходимость в создании новых методов для извлечения такой информации из рефлектограмм. Одним из них является применение вейвлет-анализа, Реализовать обработку рефлектограмм с применением вейвлет-анализа возможно при помощи математического моделирования, основанного на программном продукте MATLAB [4].
Для обработки рефлектограммы в MATLAB, сначала необходимо преобразовать данные в графическое изображение, например формата jpg, bmp и др. (зависит от возможных вариантов импорта данных программой), либо задать в табличном виде.
Рассмотрим реализацию преобразования данных рефлектограммы с помощью программы ANDO AQ1932 Emulation Software. При экспорте данных в графическое изображение возможен только тип формата *.Ьтр. При этом рефлекто грамма экспортируется в следующий вид (рис. I).
При задании рефлектограммы в табличном виде отсчёты берутся из таблицы, отображающей информацию о неоднородностях для текущей трассы (функциональная возможность программы). В такой таблице кроме задающих величин [суммарные потери от расстояния), указаны отдельно значения для конкретных видов потерь: отражения, рассеяние, затухание, если они есть, и групповой индекс преломления. Также в таблице указан тип неоднородности: начало отсчёта, неоднородность с отражением, неоднородность без отражения, неоднородность без от-
Таблица 2
Пример таблицы отсчётов рефлектограммы
Номер неоднород- ности Расстояние(км) Потери (дБ) Отражение (дБ) Суммарные потери (дБ) Затухание (дБ/км) Тип неодиородностн Групповой индекс преломления
1 25.81784 0.104 4.563 0.181 S+ 1.46820
2 37.47304 0.061 - 6,753 0.179 S+ 1.46820
3 43.08419 0.064 - 7.834 0.181 S+ 1.46820
4 54.22482 0.041 - 9.910 0.180 S+ 1.46820
5 64.45068 0.025 - 11.800 0.181 S+ 1.46820
6 69.39209 0.027 - 12.726 0.182 S+ 1.46820
7 73.49224 0.049 - 13.493 0.180 S+ 1.46820
8 84.11831 0.035 - 15.485 0.183 S+ 1.46820
9 89.28024 0.027 - 16.456 0.181 S+ 1.46820
10 121,30548 0.074 - 22,398 0.185 S+ 1.46820
11 133.58958 -0.079 - 24.739 0.184 S- 1.46820
END 142.43511 - 27.869 26.356 0.192 R 1.46820
ражения и кажущимися отрицательными потерями, конец трассы. Итоговый вид преобразования рефлек-тограммьг представлен табл. 2.
Рис, ], Пример рефлектограммы при преобразовании в графическое изображение
Тип неоднородностей классифицируются следующим образом: REF - начало отсчёта; R - неоднородность с отражением; S' - неоднородность без отражения;
S — неоднородность без отражения и кажущимися отрицательными потерями; END - конец трассы.
Анализ рефлектограммы возможно осуществлять разными методами аппроксимации: но двум точкам (ТРА), методом наименьших квадратов (ISA), Результаты обработки (потери, суммарные потери, затухание) будут отличаться. Есть возможность применения функции фильтра к рефлектограмме (FIL), Для более точного измерения потерь используется метод касательных (SFT). При автоматическом формировании таблицы отсчётов рефлектограммы, программа выбирает значения не через равный промежуток длины трассы, а по наиболее явным изменениям в значениях потерь. Для более точного и равномерного описания трассы необходимо вручную добавлять точки отсчётов на рефлектограмме, выбрав определенный промежуток длины трассы (например, I км), через который необходимо брать значения. Все автоматически созданные и добавленные вручную точки будут отражены в отчёте.
Wavelet analysis reflectogram using Manonina I.V.,
a mathematical package MATLAB
MTUCi, Russia
Abstract. Widespread OTDR determines the usability testing fiber optic link and separate fiber and cables. OTDR screen as a graph clearly shows the dependence of the distance changes the relative power of the backscatter signal in logarithmic units. Such a graph is called a reflectogram, and it will be judged on the state test segment FOL, and to produce a series of quantitative measurements. For visualization and analysis of measurements of characteristics of heterogeneity lines must file with the real reflectogram recorded OTDR, open it with special software. There are various programs that work with files reflectogram. The most common are ANDO AQ7932 Emulation Software, JDSU Fiber Trace Unicode Viewer, and Wavetek Wintrace Viewer v4.20. These programs can not only realize the function of reflectogram analysis, but also the ability to create a report. Of the loaded reflectogram through such programs receive the following information about the parameters in which we measured current track: wavelength measurements, the probe pulse duration measurements, the range of distances, set the measurements, the average (number of cycles or time), installed in the measurements; number of measurement points for the range of distances that are saved in a file. In this case, information about the types of fiber damage and the test signals are significant errors. There is a need for new methods to extract such information from reflectogram. One of them is the use of wavelet analysis. Implement a process reflectogram using wavelet analysis possible using the mathematical package MATLAB, which allows the processing of a batch add-ins Wavelet Toolbox
Keywords: fiber, wavelet analysis, reflectogram, measurement, analysis, mathematical package MATLAB.
