CN109596944B - 线缆检测方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种线缆检测方法、装置及电子设备，不需要增加额外硬件消耗，能够直接利用测量得到的反射系数和正向传输系数，得到因检测设备与待测线缆连接部分造成的接入插损数据，以及由待测线缆自身造成的线缆衰减数据，以便利用该接入插损数据，对反射系数进行插损校正，剔除反射系数中的接入能量损失，得到因待测线缆自身因素，而产生的反射系数的时域冲击表达式，这样，利用得到的线缆衰减数据，对该时域冲击表达式同时进行时域和频域的衰减校正，得到待测线缆的等效反射系数序列，该等效反射系数序列能够直观反映待测线缆的近端和远端的故障程度，且能够定量描述待测线缆质量，得到准确且全面的检测结果。

Description

线缆检测方法、装置及电子设备

技术领域

本申请涉及检测技术领域，更具体地说是涉及一种线缆检测方法、装置及电子设备。

背景技术

在线缆故障检测中，目前线缆检测仪通常是采用VNA(Vector Network Analyzer，矢量网络分析)方式来检测线缆质量，即利用傅里叶逆变换方式，观察时域信号强度的变化，从而确定线缆质量或定位故障。

然而，对于较长的线缆，信号往往会随线缆长度衰减，例如对于WTB(Wire TrainBus，绞线式列车总线)线缆，带宽设计较低，高频衰减严重。若采用 VNA方法对较长的WTB线缆进行检测，所得到的用于衡量线缆质量的“反射系数”时域图像会存在衰减，且该衰减是由线缆长度和高频共同造成，很难识别远端的故障程度与近端的哪个更大，往往需要经验丰富的工程人员多次测量后，才能综合分析得知线缆质量，检测效率和准确性都比较低。

因此现有的这种VNA方式很难准确描述线缆质量，计算结果反映的是测量端的接收值，并非是线缆上的等效反射系数值，导致检测结果准确性低。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种线缆检测方法、装置及电子设备，解决了现有的VNA测量方法，无法实现对WTB线缆的定量检测的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供了以下技术方案：

本申请实施例提供了一种线缆检测方法，所述方法包括：

获取待测线缆的反射系数和正向传输系数；

基于所述反射系数及所述正向传输系数进行插损计算，得到所述待测线缆的接入插损数据和线缆衰减数据；

利用所述接入插损数据，对所述反射系数进行插损校正，并利用插损校正后的反射系数，得到所述待测线缆的时域冲击表达式，所述时域冲击表达式能够表明所述待测线缆的等效反射系数与所述线缆衰减数据之间的关系；

利用所述线缆衰减数据，对所述时域冲击表达式同时进行时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到所述待测线缆的等效反射系数序列；

利用所述等效反射系数序列，得到所述待测线缆的检测结果。

可选的，所述基于所述反射系数及所述正向传输系数进行插损计算，得到所述待测线缆的接入插损数据和线缆衰减数据，包括：

获取所述反射系数的时域响应序列，以及所述正向传输系数的传输系数曲线；

利用所述时域响应序列的第一个频点数据，得到接入插损数据；

利用所述接入插损数据对所述传输系数曲线进行接入插损补偿，获得所述待测线缆的线缆衰减数据。

可选的，所述获取所述反射系数的时域响应序列，以及所述正向传输系数的传输系数曲线，包括：

对测量得到的所述反射系数进行相位修正；

获取所述相位修正后的所述反射系数对应的时域响应值；

利用所述反射系数的扫频起始频率，对所述时域响应值进行频偏修正，得到时域响应序列；

对测量得到的所述正向传输系数进行滑动滤波，得到传输系数曲线。

可选的，所述利用所述接入插损数据，对所述反射系数进行插损校正，并利用插损校正后的反射系数，得到所述待测线缆的时域冲击表达式，包括：

获取相位修正后的反射系数；

利用所述接入插损数据，对相位修正后的反射系数进行插损校正，得到所述待测线缆校正后的反射系数频域表达式；

获取所述反射系数频域表达式对应的时域冲击表达式。

可选的，所述利用所述线缆衰减数据，对所述时域冲击表达式同时进行时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到所述待测线缆的等效反射系数序列，包括：

对所述线缆衰减数据进行计算，得到所述待测线缆随测量距离变化的衰减值；

利用所述待测线缆的光速参数和线缆传输因子，计算得到所述待测线缆随测量距离变化的相位值；

依据矩阵运算规则，利用计算得到的所述随测量距离变化的衰减值和所述随测量距离变化的相位值，同时对所述时域冲击表达式进行时域衰减校正和频域衰减校正，得到所述时域冲击表达式中的等效反射系数序列。

可选的，所述依据矩阵运算规则，利用计算得到的所述随测量距离变化的衰减值和所述随测量距离变化的相位值，同时对所述时域冲击表达式进行时域衰减校正和频域衰减校正，得到所述时域冲击表达式中的等效反射系数序列，包括：

将所述时域冲击表达式中的时域冲击数据作为对角线元素，生成对角矩阵；

利用所述随测量距离变化的衰减值和所述随测量距离变化的相位值，同时对所述对角矩阵中不同方向的向量数据进行校正，得到频率分量-距离矩阵；

对所述频率分量-距离矩阵的行向量数据进行处理，得到所述待测线缆随测量距离变化的等效反射系数。

可选的，所述对所述频率分量-距离矩阵的行向量数据进行处理，得到所述待测线缆随测量距离变化的等效反射系数，包括：

对所述频率分量-距离矩阵的行向量数据进行求和，得到所述待测线缆随测量距离变化的总频率；

对所述随测量距离变化的总频率进行傅里叶逆变换，得到所述待测线缆随测量距离变化的等效反射系数。

可选的，所述对所述线缆衰减数据进行计算，得到所述待测线缆随测量距离变化的衰减值，包括：

对所述线缆衰减数据进行归一化处理，得到单位长度待测线缆的衰减值；

利用所述单位长度待测线缆的衰减值，获得所述待测线缆随测量距离变化的衰减值。

本申请还提供了一种线缆检测装置，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取待测线缆的反射系数和正向传输系数；

插损计算模块，用于基于所述反射系数及所述正向传输系数进行插损计算，得到所述待测线缆的接入插损数据和线缆衰减数据；

插损校正模块，用于利用所述接入插损数据，对所述反射系数进行插损校正；

时域冲击获得模块，用于利用插损校正后的反射系数，得到所述待测线缆的时域冲击表达式，所述时域冲击表达式能够表明所述待测线缆的等效反射系数与所述线缆衰减数据之间的关系；

衰减校正模块，用于利用所述线缆衰减数据，对所述时域冲击表达式同时进行时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到所述待测线缆的等效反射系数序列；

检测结果确定模块，用于利用所述等效反射系数序列，得到所述待测线缆的检测结果。

本申请还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；其中：

存储器用于存储计算机指令；

处理器用于执行所述存储器存储的所述计算机指令，具体执行上述所有的线缆检测方法各步骤。

由此可见，与现有技术相比，本申请提供一种线缆检测方法、装置及电子设备，本实施例不需要增加额外硬件消耗，能够直接利用测量得到的反射系数和正向传输系数，得到因检测设备与待测线缆连接部分造成的接入插损数据，以及由待测线缆自身造成的线缆衰减数据，以便利用该接入插损数据，对反射系数进行插损校正，剔除反射系数中的接入能量损失，得到因待测线缆自身因素，而产生的反射系数的时域冲击表达式，这样，利用得到的线缆衰减数据，对该时域冲击表达式同时进行时域和频域的衰减校正，即消除了线缆长度和高频抑制带来的信号衰减问题，得到待测线缆的等效反射系数序列，该等效反射系数序列能够直观反应待测线缆的近端和远端的故障程度，且能够定量描述待测线缆质量，得到准确且全面的检测结果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种线缆检测方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种线缆检测方法中，对测量得到的反射系数和正向传输系数进行预处理的流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种线缆检测方法中，如何利用接入插损校正的结果，计算得到等效反射系数过程的流程示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种线缆检测方法中，计算等效反射系数过程的流程示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种对角矩阵示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种校正后的频率分量-距离矩阵示意图；

图7示出了本申请实施例提供的线缆检测方法得到的等效反射系数序列的一场景示意图；

图8示出了本申请实施例提供的线缆检测方法得到的等效反射系数序列的另一场景示意图；

图9示出了本申请实施例提供的一种线缆检测装置的结构示意图；

图10示出了本申请实施例提供的另一种线缆检测装置的结构示意图；

图11示出了本申请实施例提供的另一种线缆检测装置的结构示意图；

图12示出了本申请实施例提供的又一种线缆检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参照图1，为本申请实施例提供的一种线缆检测方法的流程示意图，该方法可由线缆检测仪或其他具有数据处理能力的设备执行，本申请对实现线缆检测方法的执行主体的产品类型不作限定，如图1所示，该方法可以包括但并不局限于以下步骤：

步骤S101，获取待测线缆的反射系数S11和正向传输系数S21；

本实施例中，可以采用矢量网络分析仪，实现对待测线缆的S参数的测量。本实施例需要测量的S参数主要是反射系数S11和正向传输系数S21，本申请对这两个S参数的具体测量过程不做限定。

以二端口网络为例，上述S11可以是第一端口(即信号输入端口)的反射电压与第一端口的入射电压的比值，也就是输入信号的反射波与入射波的比值，正向传输系数S21可以是第二端口(即信号输出端口)的输出电压与第一端口的输入电压的比值，即输出信号与输入信号的入射波的比值。通常情况下，S11可以表示有多少能量被反射回第一端口，这个值通常越小越好；S21 可以表示有多少能量被传输到第二端口，这个值通常越大越好，理想值可以是1，但在实际应用中，线缆是有损耗的，S21往往小于1。

结合上述分析，应该理解，对于不同长度或不同计算要求的待测线缆，测量S11时，矢量网络分析仪需要设置的VNA参数可以不同，测量S11需要设置的参数可以包括S11扫频起始频率f_L、S11扫频终止频率f_H、S11扫频间隔 df、S11测量数据位宽W。通常情况下，f_L越低，测量线缆长度越长，但是测量精度低；f_H越高，测量线缆长度越短，但是测量精度高；且f_L、f_H和df 共同决定S11序列数据量，数据量越大精度越高，但测试时间也会越长。

基于此，对于较短的待测线缆，若其对计算速度要求低，但对检测精度要求高，可以将矢量网络分析仪的扫频设置较高的频率，扫频间隔设置比较小；反之，可以设置较小的扫频，较大的扫频时间间隔，来实现S11的测量。可见，对于步骤S101的实现，可以根据待测线缆的具体检测要求确定，本申请对实现步骤S101，对矢量网络分析仪的参数设置内容不做限定。

可选的，本实施例对测量得到的反射系数S11、正向传输系数S21，可以根据实际需要进行预处理，如相位修正、频偏校正、平滑滤波等等，具体可以参照下文实施例相应部分的描述。应该理解，关于该预处理过程，也可以在需要预处理后的数据时执行，本申请对该预处理过程的执行时机不做限定。

步骤S102，获取反射系数S11的时域响应序列，及正向传输系数S21的传输系数曲线；

时域响应是在向系统施加一定形式的输入信号后，研究系统的输出量随时间的变化规律。本实施例可以通过对测量得到的S11进行相位修正，经过傅里叶逆变换运算，得到对应的时域响应值Y[t]，之后，为了满足不同精度要求，可以对时域响应值进行频偏修正，得到待测线缆的反射系数S11的时域响应序列Y[n]。

在实际应用中，由于测量得到的正向传输系数S21是有限的，本实施例可以采用滑动滤波方式，估算出S21的平滑曲线即传输系数曲线，以便后续对该传输系数曲线进行分析，获取待测线缆的线缆衰减数据。

步骤S103，利用该时域响应序列的第一个频点数据，得到接入插损数据；

在线缆的实际检测应用中，通常需要检测设备连接待测线缆完成，而检测设备与待测线缆的连接部分，往往会出现阻抗不匹配而造成入射功率损失，也就是线缆接入插损，显然，这部分插损并不是由于待测线缆本身造成的，因此，为了避免这部分接入插损对待测线缆的检测结果的不利影响，本实施例可以先从得到的整个能量损失中剔除线缆接入插损这部分能量损失，再对因线缆本身造成的能量损失即线缆衰减损失进行研究，以得到待测电缆的等效反射系数序列。

可选的，本实施例可以量化入射损失，这样在后续插损计算时，消除这部分接入插损对检测结果的不利影响。基于这种考虑，本实施例可以通过量化入射功率损失，计算接入插损。

具体的，由于在由反射系数S11得到的时域响应序列中，该接入插损主要体现在该时域响应序列的近端部分，通常是该时域响应序列的第一个频点(但并不局限于此)，因此，本实施例可以获取时域响应序列近端反射系数最高值，如对不同频率下该时域响应序列的第一个频点数据进行傅里叶逆变换，得到频率-插损曲线R1(Fk)(本实施例将其记为接入插损数据)，即接入插损随着频率变化的数值，如上述分析，该接入插损数据表示反射系数S11中，因检测设备与待测线缆的连接部分阻抗不匹配，造成的能量损失。

经过反复试验得知，频率-插损曲线R1(Fk)是一条近似直线，也就是说，不同频率下，由时域响应序列的第一个频点数据进行傅里叶逆变换得到的数值基本相同，为了简化计算步骤，提高效率，本实施例可以计算某一频率或某一频段下，时域响应序列的第一个频点数据的傅里叶逆变换所得值后，直接构建一条各频率下的插损均为该值的直线，作为频率-插损曲线R1(Fk)。

由此可见，本实施例在得到反射系数的时域响应序列Y[n]后，可以先消除其中的接入反射损失，即消除时域响应序列Y[n]中的接入插损导致的入射能量损失，以避免影响对线缆自身造成的能量损失的计算准确性。

举例说明，本申请可以检测时域响应序列Y[n]的第一个峰值(即第一个频点数据)，得到反射能力损失，通过计算理论峰值(其可以是0，即能量完全入射，信号没有反射)与该第一个峰值的差值，得到入射能量损失。如第一峰值为0.2，可以说明电压反射了20％，即待测线缆和检测设备的连接部分造成的插损是20％，入射能量插损为80％，从时域上来看，本实施例可以由时域响应序列Y[n]除以80％的方式，实现插损校正，本申请主要是从频域上实现对反射系数的插损校正，计算方式类似，具体可以参照下文相应部分的描述，但并不局限于这种计算方式。

步骤S104，利用该接入插损数据对传输系数曲线进行接入插损补偿，获得待测线缆的线缆衰减数据；

在实际应用中，由于信号的衰减不仅与待测线缆的长度有关，与信号的频率也相关，所以说，利用检测到的传输系数S21得到的平滑后的传输系数曲线(即平滑S21曲线)，其通常会受到接入插损和线缆自身衰减两方面的影响，结合上文对接入插损的描述，该接入插损部分是与距离无关的函数，而线缆衰减部分主要是指线缆本身造成的，是与距离和频率都相关的函数。

因此，为了得到因待测线缆自身原因造成的能量损失，本实施例可以由传输系数曲线剔除由于接入插损产生的影响，来得到待测线缆的衰减曲线，本实施例可以将其称为线缆衰减数据R(D，Fk)，即一个关于频率Fk和距离D 的函数。

之后，为了方便后续计算待测线缆的等效反射系数，本实施例可以进一步对得到的该衰减曲线进行归一化处理，得到单位长度待测线缆的线缆衰减数据R_D1(Fk)，具体应用过程可以参照下文相应实施例的描述。

可选的，关于上述对衰减曲线的归一化处理方法可以为：根据TDR (Time-DomainReflectometry，时域反射)长度测量值，对得到的整个待测线缆的衰减曲线进行归一化，计算得到单位长度待测线缆的线缆衰减数据，即 R_D1(Fk)。

综合上述步骤S102～步骤S104的描述可知，本申请能够基于获取的反射系数及正向传输系数进行插损计算，得到待测线缆的接入插损数据和线缆衰减数据，具体实现方法并不局限于上述方法。

步骤S105，利用该接入插损数据，对反射系数S11进行插损校正，并利用插损校正后的反射系数，得到待测线缆的时域冲击表达式；

需要说明，本实施例该时域冲击表达式能够表明待测线缆的等效反射系数与线缆衰减数据之间的关系，因此，首先按照上文描述的方式得到待测线缆的线缆衰减数据，使得线缆衰减数据成为已知量，其次，利用时域冲击表达式中等效反射系数与线缆衰减数据之间的关系，可进一步得到待测线缆的等效反射系数，具体实现过程可以参照下文相应部分的描述。

可选的，本实施例可以对测量得到的反射系数进行相位修正，利用接入插损数据，对相位修正后的反射系数进行插损校正，如由相位修正后的反射系数除以对应频点的接入插损数据，得到校正后的反射系数频域表达式。当然，结合上文分析，在进行接入插损数据的计算过程中，若接入插损数据是由一个频点数据得到的一条直线，在进行插损校正时，可以直接由相位修正后的各反射系数除以这一个频点数据对应的插损值，并不局限于各频点数据进行独立插损校正的方式。

可见，本实施例可以通过对不同频点的具体插损值进行独立计算，也可以利用统一的插损值进行计算，在整个频段内完成插损的校正，可以根据实际需要选定插损校正的方式，且上述对不同频点的具体插损值进行独立计算的方式，所实现的插损校正更加准确，进而提高了获得的等效反射系数的准确性。

可见，经过上述接入插损校正后，得到的反射系数S11的频域表达式中，将不存在接入插损的干扰。此时，为了能够更清楚了解影响待测线缆的反射系数的因素，本实施例可以对该频域反射系数表达式进行变形处理，使其形成由线缆衰减函数(即上文得到的线缆衰减数据)、相位函数及等效反射系数几部分构成的表达式，这样，当需要计算等效反射系数时，可以先获取该表达式中的线缆衰减函数和相位函数，如上文分析，线缆衰减函数和相位函数都是关于距离和频率的函数，且二者都是能够利用测量值、固有值计算得到的已知量，之后，再通过此表达式即可计算出等效反射系数。

为了便于获取等效反射系数，本实施例可以利用傅里叶逆变换算法，将校正后的S11频域表达式转换到时域上，得到对应的时域冲击表达式，应该理解的是，由于各频点的S11频域表达式可以转化为由线缆衰减函数、相位函数及等效反射系数几部分组成的表达式，将其转换到时域上，所得到的不同距离上的时域冲击表达式也可以可转化为由线缆衰减函数、相位函数及等效反射系数几部分组成的表达式，本实施例对S11频域表达式和时域表达式的转化处理过程不做详述，可以基于反射系数S11所表达的物理含义确定。

步骤S106，利用上述得到的线缆衰减数据，对该时域冲击表达式同时进行时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到待测线缆的等效反射系数序列；

继上文分析，为了得到等效反射系数序列，本实施例可以对步骤S105得到的时域冲击表达式同时进行时域、频域上的衰减校正，即对该时域冲击表达式进行反向推导得到等效反射系数，具体实现过程可以参照下文相应实施例的描述，本实施例对此不做限定。

步骤S107，利用该等效反射系数序列，得到待测线缆的检测结果。

其中，该等效反射系数序列反应了待测线缆在距离上等效反射系数的变化，属于待测线缆固有属性的一部分。因此，本实施例可以通过对得到的等效反射系数序列进行分析，统计等效反射系数跳变点，确定待测线缆的连接器数量(即节点数)及其连接性能，实现对待测线缆质量的定量检测，还可以根据跳变点的等效反射系数的数值，确定待测线缆的起点和终点的位置，以及终点状态，如开路或短路等等。

综上所述，本实施例不需要增加额外硬件消耗，能够直接利用测量得到的反射系数S11和正向传输系数S21，计算得到其包含的接入插损数据和线缆衰减数据，即确定因检测设备与待测线缆连接部分造成的接入插损，以及由待测线缆自身造成的线缆衰减，以便利用该接入插损数据，对反射系数进行插损校正，剔除反射系数中的接入能量损失，得到因待测线缆自身因素，而产生的反射系数的时域冲击表达式，这样，利用计算得到的线缆衰减数据这个已知量，可以对该时域冲击表达式同时进行时域和频域的衰减校正，即消除了线缆长度和高频抑制带来的信号衰减问题，再对校正结果进行简单数学运算，即可得到待测线缆的等效反射系数序列，进而由此直观得知待测线缆的近端和远端的故障程度，且能够定量描述待测线缆质量，得到准确且全面的检测结果。

参照图2，为本申请实施例提供的另一种线缆检测方法的流程示意图，本实施例主要描述上述实施例中对测量得到的S11和S21进行预处理的过程，即实现上述实施例步骤S102的一种可选方式，关于线缆检测的其他步骤，可以按照上述实施例相应部分的描述，如图2所示，该方法可以包括但并不局限于以下步骤：

步骤S201，对测量得到的反射系数进行相位修正；

本实施例中，为了将测量得到的S11恢复为0相位，可以利用以下计算公式得到，但并不局限于这种计算方法：

其中，S11_0phase表示相位修正后的反射系数，S11_ori表示直接测量得到的反射系数，

表示卷积运算，exp(-jα)表示相位修正参数，α表示预设的反射系数的扫频终点频率f_H的频点角度。

步骤S202，获取相位修正后的反射系数对应的时域响应值；

本实施例可以利用傅里叶逆变换算法，对相位修正后的反射系数进行处理，得到对应的时域响应值Y[t]，本申请对相位修正后的反射系数进行傅里叶逆变换的具体运算过程不作详述。

步骤S203，利用反射系数的扫频起始频率，对时域响应值进行频偏修正，得到时域响应序列；

为了适应参数选择对不同精度要求的影响，本实施例可以消除所得时域响应值中的频偏影响，具体可以利用反射系数的扫频起始频率f_L，得到频偏修正系数exp(-j*2f_L)，将与频偏修正系数乘以时域响应值，得到时域响应序列Y[n]＝Y[t]×exp(-j*2f_L)。

步骤S204，对测量得到的正向传输系数进行滑动滤波，得到传输系数曲线。

综上，本实施例测量得到反射系数S11和正向传输系数S21后，可以采用如上文描述的相位修正和频偏修正方式，对S11进行预处理，并对测量得到的 S21进行滑动滤波，提取个别突变数据，并预估得到S21的平滑曲线，相对于直接利用测量得到的S11和S21进行插损计算，提高了准确性，为等效反射系数的计算奠定了可靠的数据基础。

可选的，参照图3所示的线缆检测方法的流程示意图，本实施例主要对等效反射系数的计算过程进行说明，即上述实施例中的步骤S105的一种可选实现方法，并不局限于本文描述的这种计算方法，如图3所示，该方法可以包括但并不局限于以下步骤：

步骤S301，获取相位修正后的反射系数；

步骤S302，利用接入插损数据，对相位修正后的反射系数进行插损校正，得到待测线缆校正后的反射系数频域表达式；

如上述分析，由于S11的各频点上的衰减不一，本实施例可以对不同频点进行独立插损校正，由相位修正后的反射系数S11_0phase除以上述得到的接入插损数据R1(Fk)。

其中，关于相位修正后的反射系数及接入插损数据的获取过程，参照上述实施例相应部分的描述，可以在得到表示不同频率对应的插损值的接入插损数据R1(Fk)后，对于相位修正后的反射系数S11_0phase中的各频点对应的数据，可以输出该接入插损数据R1(Fk)中相应频点的插损值，即实现对 S11_0phase中不同频点数据的独立插损校正，提高了插损校正准确性。其中，接入插损数据R1(Fk)中各频点对应的插损值可以相同，也可以不同。

步骤S303，获取该反射系数频域表达式对应的时域冲击表达式；

需要说明，本实施例中上述反射系数频域上的表达式和时域上的表达式，实际上是反射系数S11数学模型的表达式，而反射系数S11的数学模型的构建，可以基于该反射系数S11表示的物理意义实现，本申请对该数据模型的构建过程不做详述。

可选的，经过接入插损的校正后，得到的反射系数S11的数学模型即反射系数频域表达式可以为：

上述公式(2)中各频点的反射系数表达式中，R(D,F)可以表示线缆衰减数据，φ(D,F)是表示相位变化的相位函数,Γp可以表示是等效反射系数。

之后，本实施例可以利用傅里叶逆变换算法，将频域上的反射系数S11表达式转化到时域上，即得到相应的时域冲击表达式：

本实施例可以通过对上述公式(3)中的反射系数S11的不同距离的时域冲击表达式进行分析，不同距离上述的时域冲击响应的组成结构类似，都可以转化成线缆衰减函数、相位函数及等效反射系数这三部分的组成的结构，因此，待测线缆在任一距离上的时域冲击表达式可以为：

公式(4)中，R(D，Fk)可以是关于距离D和频率Fk的衰减函数，具体可以是按照上述方法计算得到的线缆衰减数据，φ(D，Fk)可以是关于距离和频率的相位函数，Γn是等效反射系数，距离D与时间T成正比，表征电信号在时间T内的传输距离。

步骤S304，利用上述得到的线缆衰减数据，对时域冲击表达式同时进行时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到待测线缆的等效反射系数序列。

对于上述Y[D]的表达式中的R(D，Fk)和φ(D，Fk)是能够计算得到的已知量，时域响应结果也是已知量，因此，本申请通过对Y[D]进行变形推理，即可得到等效反射系数序列Γn。

具体的，由于R(D，Fk)和φ(D，Fk)这两个函数都是与距离和频率相关的函数，距离反应的就是时域值，频率反应的就是频域分量，所以，本实施例可以对该Y[D]进行时域和频域上的衰减校正，将这两个函数变为已知量，得到等效反射系数序列Γn，具体实现过程可以参照下文相应实施例的描述。

在传统衰减校正方案中，通常都是单独校正频域或时域，即从一方面校正后，继续从另一方面进行校正，很容易导致混叠，无法准确实现时-频域衰减校正。对此，本实施例提出使用矩阵运算方式，同时校正时域和频域，以达到获取等效反射系数的目的。

具体的，参照图4所示的线缆检测过程中采用的时-频衰减校正方法的流程示意图，该方法可以包括但并不局限于以下步骤：

步骤401，将时域冲击表达式中的时域冲击数据作为对角线元素，生成对角矩阵；

本实施例可以将上述得到的时域冲击数据Y[D]作为矩阵元素，写到矩阵的对角线上，该矩阵其他位置的元素为0，之后，对该对角矩阵进行列向量傅里叶变换，得到距离上的频率分量，如图5所示的对角矩阵示意图。需要注意，该对角矩阵中每个矩阵单元中的距离D和频率Fk都是固定值，不再是变量，且图5中距离上的频率分量中未涉及相位。

步骤S402，对线缆衰减数据进行计算，得到待测线缆随测量距离变化的衰减值；

本实施例中，可以利用以下公式，来计算待测线缆不同距离上的衰减值，但并不局限于这种计算方式：

在公式(5)中R_D1(Fk)可以表示单位长度待测线缆的线缆衰减数据，且在检测过程中，反射信号是经线缆断点或故障点反射回来的，因此，信号传输的路程为2*D，也就是说，本实施例上文中的R(D,Fk)中的距离值实际指的是2*D，即反射信号传递路程是待测线缆长度的2倍。本实施例可以利用上述公式(5)计算得到在待测线缆的不同测量距离下的线缆衰减值，即得知待测线缆随测量距离变化的衰减值。

步骤S403，利用待测线缆的光速参数和线缆传输因子，计算得到待测线缆随测量距离变化的相位值；

其中，本实施例的相位函数可以为：

本实施例在已知待测线缆的光速参数c和线缆传输因子ρ的情况下，可以通过对该相位函数进行展开计算，得到不同测量距离对应的相位值，即得到待测线缆随测量距离变化的相位值。

步骤S404，利用待测线缆随测量距离变化的衰减值和相位值，同时对该对角矩阵中不同方向的向量数据进行校正，得到频率分量-距离矩阵；

可见，本实施例可以利用上述公式(4)、(5)和(6)的结果，反推得到等效反射系数Γn，该反推过程本申请不作限定，本实施例采用这种方式，实现时域、频域上的同时校正，可以得到如图6所示的频率分量-距离矩阵。

步骤S405，对该频率分量-距离矩阵的行向量数据进行处理得到待测线缆随测量距离变化的等效反射系数。

本实施例可以对频率分量-距离矩阵的行向量数据进行求和，得到待测线缆随测量距离变化的总频率，再对随测量距离变化的总频率进行傅里叶逆变换，即对矩阵行向量的求和结果的列方向进行傅里叶逆变换处理，得到待测线缆随测量距离变化的等效反射系数，本实施例可以将随测量距离变化的各等效反射系数记为该待测线缆的等效反射系数序列。

综上，本实施例利用反射系数表达的物理含义，构建数学模型即上述反射系数的频域、时域上的表达式，之后，对其时域、频域衰减失真同时进行补偿计算，即利用计算得到的待测线缆的已知量线缆衰减函数及相位函数，对该表达式进行变形推导，得到待测线缆的等效反射系数序列，由于该等效反射系数序列能够量化线缆质量，反应了待测线缆在距离上的等效反射系数的变化，所以利用得到的等效反射系数序列，能够准确得知待测线缆包含的节点数、各节点性能、线缆终点状态等检测结果。

下面将基于上文各实施例描述的线缆检测方法，结合具体实例来说明线缆检测过程，但并不局限于以下几个示例。

参照图7所示的等效反射系数序列的示意图，由于待测线缆不同节之间得到连接器位置处的等效反射系数会发生跳变，本实施例可以统计所得等效反射序列的跳变次数，确定待测线缆的节数，及各连接器所处的位置。

基于此，如图7所示，待测线缆(如WTB线缆)一共有11节，约每29米存在一个连接器，且从得到的待测线缆的等效反射系数的显示结果可以得知，单节待测线缆的内部等效反射系数维持低水平(约0.4％)，说明线缆内部质量良好；节点处的等效反射系数一般为1.8％左右，说明连接器匹配良好。另外，如图7所示，第九节和第十节左右的等效反射系数为7.5％左右，相对比较大，说明这两节线缆之间的连接器相对较差。

从得到的待测线缆随测量距离变化的等效反射系数来看，可以得知其存在近乎为100％的等效反射系数，如图7所示的待测线缆320米处，本实施例可以认为该位置为待测线缆的终点，该终点为开路状态。

同理，对于得到的如图8所示的一存在故障的待测线缆随测量距离变化的等效反射系数的示意图，按照上文描述的检测结果获取方式，对各测量距离上的等效反射系数进行分析，可知待测线缆一共10节，且在第五个节点连接处，即在大概147米左右处的等效反射系数达到34％左右。

可见，该连接处阻抗出现了大幅度失配，说明该连接处连接不良并未断开，还会进一步导致147米后线缆的等效反射系数恶化，即等效反射系数波动比较大，甚至会上升到6％左右的等效反射系数。另外，确定等效反射系数约为100％处的位置，即待测线缆的终点位置为290米左右处。

参照图9，为本申请实施例提供的一种线缆检测装置的结构示意图，该装置可以包括但并不局限于以下功能模块：

数据获取模块11，用于获取待测线缆的反射系数和正向传输系数；

插损计算模块12，用于基于反射系数及正向传输系数进行插损计算，得到待测线缆的接入插损数据和线缆衰减数据；

可选的，如图10所示，该插损计算模块12可以包括：

第一数据获取单元121，用于获取反射系数的时域响应序列，以及正向传输系数的传输系数曲线；

接入插损计算单元122，用于利用时域响应序列的第一个频点数据，得到接入插损数据；

线路衰减获取单元123，用于利用接入插损数据对传输系数曲线进行接入插损补偿，获得待测线缆的线缆衰减数据。

本实施例中，该第一数据获取单元121可以包括：

相位修正子单元，用于对测量得到的反射系数进行相位修正；

时域响应值获取子单元，用于获取相位修正后的反射系数对应的时域响应值；

频偏修正子单元，用于利用反射系数的扫频起始频率，对时域响应值进行频偏修正，得到时域响应序列；

滑动滤波子单元，用于对测量得到的正向传输系数进行滑动滤波，得到传输系数曲线。

本实施例中，该线路衰减获取单元123可以包括：

接入插损处理子单元，用于对传输系数曲线及接入插损数据中同一频点数据进行插值运算，得到待测线缆的衰减数据；

归一化处理子单元，用于对待测线缆的线缆衰减数据进行归一化处理，得到单位长度待测线缆的衰减值。

结合上述方法实施例相应部分的描述，归一化处理子单元得到的单位长度待测线缆的衰减值可以用来进行线缆衰减函数的计算，即计算待测线缆随测量距离变化的衰减值，进而据此实现反射系数表达式的时域校正，具体可以参照下文相应实施例的描述。

插损校正模块13，用于利用接入插损数据，对反射系数进行插损校正；

时域冲击获得模块14，用于利用插损校正后的反射系数，得到待测线缆的时域冲击表达式，时域冲击表达式能够表明待测线缆的等效反射系数与线缆衰减数据之间的关系；

可选的，如图11所示，上述插损校正模块13可以包括：

第一获取单元131，用于获取相位修正后的反射系数；

插损校正单元132，用于利用接入插损数据，对相位修正后的反射系数进行插损校正，得到待测线缆校正后的反射系数频域表达式。

相应地，上述时域冲击获得模块14具体用于获取反射系数频域表达式对应的时域冲击表达式，具体实现过程可以参照上述方法实施例相应部分的描述。

衰减校正模块15，用于利用线缆衰减数据，对时域冲击表达式同时进行时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到待测线缆的等效反射系数序列；

可选的，如图12所示，该衰减校正模块15可以包括：

衰减计算单元151，用于对线缆衰减数据进行计算，得到待测线缆随测量距离变化的衰减值；

相位计算单元152，用于利用待测线缆的光速参数和线缆传输因子，计算得到待测线缆随测量距离变化的相位值；

校正单元153，用于依据矩阵运算规则，利用计算得到的随测量距离变化的衰减值和随测量距离变化的相位值，同时对时域冲击表达式进行时域衰减校正和频域衰减校正，得到时域冲击表达式中的等效反射系数序列。

可选的，该校正单元153可以包括：

矩阵生成子单元，用于将时域冲击表达式中的时域冲击数据作为对角线元素，生成对角矩阵；

校正子单元，用于利用随测量距离变化的衰减值和随测量距离变化的相位值，同时对对角矩阵中不同方向的向量数据进行校正，得到频率分量-距离矩阵；

等效反射系数计算子单元，用于对频率分量-距离矩阵的行向量数据进行处理，得到待测线缆随测量距离变化的等效反射系数。

在本实施例中，该等效反射系数计算子单元可以包括：

求和子单元，用于对频率分量-距离矩阵的行向量数据进行求和，得到待测线缆随测量距离变化的总频率；

处理子单元，用于对随测量距离变化的总频率进行傅里叶逆变换，得到待测线缆随测量距离变化的等效反射系数。

检测结果确定模块16，用于利用等效反射系数序列，得到待测线缆的检测结果。

综上，本申请提出的线缆检测装置，在不增加额外硬件消耗的情况下，通过算法补偿计算，计算得到能够定量描述线缆质量的等效反射系数，提高了待测线缆检测设备对节点、故障的识别能力，以及对待测线缆的检测结果的准确性及可靠性。

需要说明，关于上述各功能模块的具体实现过程，可以参照上述方法实施例相应部分的描述，本实施例不做详述。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；其中：

存储器用于存储计算机指令；

处理器用于执行所述存储器存储的所述计算机指令，具体执行上述所有的线缆检测方法各步骤。

可选的，该存储器可为计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

该处理器用于运行程序，该程序运行时可以执行上述线缆检测方法，该线缆方法的实现步骤可以按照上述方法实施例的描述。

最后，需要说明的是，关于上述各实施例中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个操作或单元与另一个操作或单元区分开来，而不一定要求或者暗示这些单元或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、电子设备而言，由于其与实施例公开的方法对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种线缆检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待测线缆的反射系数和正向传输系数；

基于所述反射系数及所述正向传输系数进行插损计算，得到所述待测线缆的接入插损数据和线缆衰减数据；

利用所述接入插损数据，对所述反射系数进行插损校正，并利用插损校正后的反射系数，得到所述待测线缆的时域冲击表达式，所述时域冲击表达式能够表明所述待测线缆的等效反射系数与所述线缆衰减数据之间的关系；

利用所述线缆衰减数据，对所述时域冲击表达式同时进行衰减函数的时域衰减校正和频域衰减校正以及相位函数的时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到所述待测线缆的等效反射系数序列，其中，所述衰减函数和所述相位函数都是与距离和频率相关的函数；

利用所述等效反射系数序列，得到所述待测线缆的检测结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述反射系数及所述正向传输系数进行插损计算，得到所述待测线缆的接入插损数据和线缆衰减数据，包括：

获取所述反射系数的时域响应序列，以及所述正向传输系数的传输系数曲线；

利用所述时域响应序列的第一个频点数据，得到接入插损数据；

利用所述接入插损数据对所述传输系数曲线进行接入插损补偿，获得所述待测线缆的线缆衰减数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述反射系数的时域响应序列，以及所述正向传输系数的传输系数曲线，包括：

对测量得到的所述反射系数进行相位修正；

获取相位修正后的反射系数对应的时域响应值；

利用所述反射系数的扫频起始频率，对所述时域响应值进行频偏修正，得到所述时域响应序列；

对测量得到的所述正向传输系数进行滑动滤波，得到所述传输系数曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述接入插损数据，对所述反射系数进行插损校正，并利用插损校正后的反射系数，得到所述待测线缆的时域冲击表达式，包括：

获取相位修正后的反射系数；

利用所述接入插损数据，对所述相位修正后的所述反射系数进行插损校正，得到所述待测线缆校正后的反射系数频域表达式；

获取所述反射系数频域表达式对应的时域冲击表达式。

5.根据权利要求1~4任一项所述的方法，其特征在于，所述利用所述线缆衰减数据，对所述时域冲击表达式同时进行衰减函数的时域衰减校正和频域衰减校正以及相位函数的时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到所述待测线缆的等效反射系数序列，包括：

对所述线缆衰减数据进行计算，得到所述待测线缆随测量距离变化的衰减值；

利用所述待测线缆的光速参数和线缆传输因子，计算得到所述待测线缆随测量距离变化的相位值；

依据矩阵运算规则，利用计算得到的所述随测量距离变化的衰减值和所述随测量距离变化的相位值，同时对所述时域冲击表达式进行衰减函数的时域衰减校正和频域衰减校正以及相位函数的时域衰减校正和频域衰减校正，得到所述时域冲击表达式中的所述等效反射系数序列。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述依据矩阵运算规则，利用计算得到的所述随测量距离变化的衰减值和所述随测量距离变化的相位值，同时对所述时域冲击表达式进行衰减函数的时域衰减校正和频域衰减校正以及相位函数的时域衰减校正和频域衰减校正，得到所述时域冲击表达式中的所述等效反射系数序列，包括：

将所述时域冲击表达式中的时域冲击数据作为对角线元素，生成对角矩阵；

利用所述随测量距离变化的衰减值和所述随测量距离变化的相位值，同时对所述对角矩阵中不同方向的向量数据进行校正，得到频率分量-距离矩阵；

对所述频率分量-距离矩阵的行向量数据进行处理，得到所述待测线缆随测量距离变化的所述等效反射系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述频率分量-距离矩阵的行向量数据进行处理，得到所述待测线缆随测量距离变化的所述等效反射系数，包括：

对所述频率分量-距离矩阵的行向量数据进行求和，得到所述待测线缆随测量距离变化的总频率；

对所述随测量距离变化的总频率进行傅里叶逆变换，得到所述待测线缆随测量距离变化的所述等效反射系数。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述线缆衰减数据进行计算，得到所述待测线缆随测量距离变化的衰减值，包括：

对所述线缆衰减数据进行归一化处理，得到单位长度待测线缆的衰减值；

利用所述单位长度待测线缆的衰减值，获得所述待测线缆随测量距离变化的衰减值。

9.一种线缆检测装置，其特征在于，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取待测线缆的反射系数和正向传输系数；

插损计算模块，用于基于所述反射系数及所述正向传输系数进行插损计算，得到所述待测线缆的接入插损数据和线缆衰减数据；

插损校正模块，用于利用所述接入插损数据，对所述反射系数进行插损校正；

时域冲击获得模块，用于利用插损校正后的反射系数，得到所述待测线缆的时域冲击表达式，所述时域冲击表达式能够表明所述待测线缆的等效反射系数与所述线缆衰减数据之间的关系；

衰减校正模块，用于利用所述线缆衰减数据，对所述时域冲击表达式同时进行衰减函数的时域衰减校正和频域衰减校正以及相位函数的时域衰减校正和频域衰减校正，基于校正结果得到所述待测线缆的等效反射系数序列，其中，所述衰减函数和所述相位函数都是与距离和频率相关的函数；

检测结果确定模块，用于利用所述等效反射系数序列，得到所述待测线缆的检测结果。

10.一种电子设备，包括处理器和存储器；其中：

所述存储器用于存储计算机指令；

所述处理器用于执行所述存储器存储的所述计算机指令，具体执行如权利要求1-8中任意一项所述的线缆检测方法。

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