CN109696243B - 一种光噪声测量方法及装置、计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种光噪声测量方法及装置、计算机可读存储介质。该方法包括：在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息；其中，预设参考点的参考光噪声已知；获取光学路径上的预设参考点与测量点之间的光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及测量点对应的频谱响应函数；根据参考光谱信息、滤波窗口函数和频谱响应函数，得到修正参考光谱信息；根据修正参考光谱信息和测试光谱信息，得到信号分量比例因子；根据信号分量比例因子、预设参考点对应的参考光噪声、测试光谱信息和修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声。
Description
技术领域
本发明涉及计算机互联网领域中的数据处理技术，尤其涉及一种光噪声测量方法及装置、计算机可读存储介质。
背景技术
随着光通信技术的不断发展，以及传输速率、传输距离的不断提高，光传输网络日益复杂。而对整个光网络的监控在工程上具备越来越重要的意义。光信噪比(OSNR，OpticalSignal Noise Ratio)是光传输网络的一个重要参数，它可以较为直观的反映光传输网络中的光网络信号的质量。在线监测OSNR可以实时对光网络整体性能进行评估，具有巨大商业价值。
目前，获取OSNR最核心的工作就是准确测量监控点(测量点)的光噪声。现有的光噪声的测量方式可以在光通信链路上分别获取待测光谱和参考光谱，认为参考光谱中的信号分量可以代表待测光谱中的信号分量，然后通过参考光谱来估计待测光谱中信号成分，并最终得到待测光谱的光噪声。
然而，在实际应用中，特别是对于适合大规模部署的模块级解决方法中，由于成本尺寸等因素限制，模块级光谱获取装置自身的光学分辨率往往较差，其频谱响应不可忽略，这对测量结果将产生巨大影响，导致光噪声测量的结果不准确。此外，参考点和测量点的光学链路之间，诸如光梳状滤波器、波长选择开关等具有光滤波功能的光器件也将对光信号的光谱产生整形效果，此时参考光谱中的信号分量并不能代表待测光谱中的信号分量。此时通过参考光谱来估计待测光谱中信号成分，并最终得到待测光谱的光噪声的方式就不准确了。
发明内容
本发明实施例提供一种光噪声测量方法及装置、计算机可读存储介质，能够提高测量光噪声的准确率。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种光噪声测量方法，包括：
在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息；其中，所述预设参考点的参考光噪声已知；
获取所述光学路径上的所述预设参考点与所述测量点之间的光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及所述测量点对应的频谱响应函数；
根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息；
根据所述修正参考光谱信息和所述测试光谱信息，得到信号分量比例因子；
根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声。
在上述方案中，所述根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息，包括：
根据所述参考光谱信息和所述滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息；
根据所述滤波效应修正参考光谱信息和所述频谱响应函数进行卷积运算，实现消除展宽效应修正，得到所述修正参考光谱信息。
在上述方案中，所述根据所述参考光谱信息和所述滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息，包括：
将所述参考光谱信息与所述滤波窗口函数进行乘积运算，实现消除滤波效应的修正，得到所述滤波效应修正参考光谱信息。
在上述方案中，所述根据所述修正参考光谱信息和所述测试光谱信息，得到信号分量比例因子，包括：
获取所述修正参考光谱信息的峰值波长对应的第一功率，以及所述测试光谱信息的峰值波长对应的第二功率；
对所述第二功率与所述第一功率进行比值运算，得到所述信号分量比例因子。
在上述方案中，所述根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息之后，且所述根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声之前，所述方法还包括：
获取预设参考光谱模型和预设测试光谱模型；
获取所述预设参考点的信号分量与所述测量点的信号分量的预设信号分量模型；
根据所述预设测试光谱模型和所述预设信号分量模型，得到重写测试光谱模型；
根据所述预设参考光谱模型、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱模型；
根据所述重写测试光谱模型和所述修正参考光谱模型，得到所述预设光噪声模型。
在上述方案中，所述获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息，包括：
通过高光学分辨率的光谱获取装置获取所述预设参考点对应的所述参考光谱信息；
通过低光学分辨率的光谱获取装置获取所述测量点对应的所述测试光谱信息。
在上述方案中，所述光学滤波元器件包括以下至少一种：
光复用器和光解复用器。
本发明实施例提供了一种光噪声测量装置，包括：
获取单元，用于在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息；其中，所述预设参考点的参考光噪声已知；以及获取所述光学路径上的所述预设参考点与所述测量点之间的光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及所述测量点对应的频谱响应函数；
计算单元，根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息；及根据所述修正参考光谱信息和所述测试光谱信息，得到信号分量比例因子；以及根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声。
在上述装置中，所述计算单元，具体用于根据所述参考光谱信息和所述滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息；以及根据所述滤波效应修正参考光谱信息和所述频谱响应函数进行卷积运算，实现消除展宽效应修正，得到所述修正参考光谱信息。
在上述装置中，所述计算单元，还具体用于将所述参考光谱信息与所述滤波窗口函数进行乘积运算，实现消除滤波效应的修正，得到所述滤波效应修正参考光谱信息。
在上述装置中，所述计算单元，具体用于获取所述修正参考光谱信息的峰值波长对应的第一功率，以及所述测试光谱信息的峰值波长对应的第二功率；以及对所述第二功率与所述第一功率进行比值运算，得到所述信号分量比例因子。
在上述装置中，所述获取单元，还用于所述根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息之后，且所述根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声之前，获取预设参考光谱模型和预设测试光谱模型；以及获取所述预设参考点的信号分量与所述测量点的信号分量的预设信号分量模型；
所述计算单元，还用于根据所述预设测试光谱模型和所述预设信号分量模型，得到重写测试光谱模型；及根据所述预设参考光谱模型、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱模型；以及根据所述重写测试光谱模型和所述修正参考光谱模型，得到所述预设光噪声模型。
在上述装置中，所述获取单元，具体用于通过高光学分辨率的光谱获取装置获取所述预设参考点对应的所述参考光谱信息；以及通过低光学分辨率的光谱获取装置获取所述测量点对应的所述测试光谱信息。
在上述装置中，所述光学滤波元器件包括以下至少一种：
光复用器和光解复用器。
本发明实施例又提供了一种光噪声测量装置，包括：
存储器，用于存储可执行光噪声测量指令；
处理器，用于执行所述存储器中存储的可执行光噪声测量指令时，实现上述光噪声测量方法。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有可执行光噪声测量指令，用于引起处理器执行时，实现上述光噪声测量方法。
本发明实施例提供的一种光噪声测量方法及装置、计算机可读存储介质，通过在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息；其中，预设参考点的参考光噪声已知；获取光学路径上的预设参考点与测量点之间的光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及测量点对应的频谱响应函数；根据参考光谱信息、滤波窗口函数和频谱响应函数，得到修正参考光谱信息；根据修正参考光谱信息和测试光谱信息，得到信号分量比例因子；根据信号分量比例因子、预设参考点对应的参考光噪声、测试光谱信息和修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声。采用上述技术实现方案，由于光噪声测量装置在进行光噪声测量的时候，对参考点光谱进行了修正，消除了光学滤波元器件和测量点处的频谱响应的影响，使得利用修正后的修正参考点光谱信息进行测量点处的光噪声的过程更加准确和精确，即提高了测量光噪声的准确率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光信号传输的光学路径的一个可选的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种光噪声测量方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的示例性的功率与波长的曲线示意图一；
图4是本发明实施例提供的示例性的功率与波长的曲线示意图二；
图5是本发明实施例提供的示例性的功率与波长的曲线示意图三；
图6是本发明实施例提供的示例性的功率与波长的曲线示意图四；
图7是本发明实施例提供的示例性的功率与波长的曲线示意图五；
图8是本发明实施例提供的示例性的功率与波长的曲线示意图六；
图9是本发明实施例提供的一种光噪声测量装置的结构示意图一；
图10是本发明实施例提供的一种光噪声测量装置的结构示意图二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
本发明实施例提供的一种光噪声测量方法是应用在波分系统中的，波分系统中的待测信道上存在很多光器件组成光网络的光学路径，如图1所示，光学路径上可以设置有多个光学滤波元器件301-30n、…….等，光学滤波元器件具体的可以为光复用器和光解复用器，例如光梳状滤波器、波长选择开关等对信号光有明显整形作用的光学元器件等。在波分系统中，通过光噪声装置测量测量点(即待测量点)处的光噪声。
需要说明的是，在本发明实施例中，测量点处设置有低光学分辨率的光谱获取装置(例如模块级光谱获取装置)，该低光学分辨率的光谱获取装置可以与光噪声测量装置进行交互，将测量点处测量到的测试光谱信息实时传输给光噪声传输装置。在光学路径上事先设置有预设参考点，该预设参考点为用于作为标准测量参考的位置点，该预设参考点的参考光噪声是已知的。其中，预设参考点处的参考光谱信息是由高光学分辨率的光谱获取装置获取的，并且该参考光谱信息是可以在高光学分辨率的光谱获取装置获取到后，由于预设参考点比较固定且已知，因此，该参考光谱信息是可以预先存储在光噪声测量装置中的，当然也可以通过传输手段实时传输给光噪声测量装置，具体的实现本发明实施例不作限制。
基于上述架构，本发明实施例提供了一种光噪声测量方法，如图2所示，该方法可以包括：
S101、在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息；其中，预设参考点的参考光噪声已知。
在本发明实施例中，在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，预设参考点和测量点之间有具有光学滤波功能的光滤波元器件301-30n。光噪声测量装置可以从设置在预设参考点和测量点的光谱获取装置获取到预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息。
在本发明的一些实施例中，光噪声测量装置可以通过高光学分辨率的光谱获取装置获取预设参考点对应的参考光谱信息；以及通过低光学分辨率的光谱获取装置获取测量点对应的测试光谱信息。
在本发明实施例中，高光学分辨率的光谱获取装置可以为仪表级光谱分析仪等设备，而低光学分辨率的光谱获取装置可以为模块级光谱获取装置。
需要说明的是，在本发明实施例中，光谱信息表征的是在一定波长范围内的能量或功率分布的映射信息。预设参考光谱信息为预设参考点对应的一定波长范围内的能量或功率分布的映射信息，测试光谱信息为测量点对应的一定波长范围内的能量或功率分布的映射信息。其中，在本发明实施例中，预设参考点的参考光噪声是已知的，也就是说，光噪声测量装置是已知预设参考点的光噪声的。
在本发明实施例中，光噪声测量装置要测量的就是测量点处的光噪声。
S102、获取光学路径上的预设参考点与测量点之间的光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及测量点对应的频谱响应函数。
在本发明实施例中，光噪声测量装置在沿着噪声待测信道传播的光学路径上事先获知沿着噪声待测信道传播的光学路径的光学元器件，由于已知预设参考点，在确定了测量点之后，该光噪声测量装置就能获知光学路径上的预设参考点与测量点之间的光学滤波元器件有哪些，进而获取到上述光学滤波元器件的滤波窗口函数了。此外，光噪声测量装置同时还通过低光学分辨率的光谱获取装置在测量点处，获取光谱获取装置自身的频谱响应函数，即测量点对应的频谱响应函数。
在本发明的一些实施例中，光学滤波元器件包括以下至少一种：
光复用器和光解复用器。
示例性的，光学滤波元器件可以包括：光梳状滤波器、波长选择开关等具有光滤波功能的光元器件，本发明实施例不作限制。
S103、根据参考光谱信息、滤波窗口函数和频谱响应函数，得到修正参考光谱信息。
光噪声测量装置在获取了参考光谱信息、测试光谱、滤波窗口函数和频谱响应函数之后，该光噪声测量装置就可以根据参考光谱信息、滤波窗口函数和频谱响应函数，得到修正参考光谱信息。修正参考光谱信息是通过获取预设参考点和测量点的光学路径之间，所有光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及预先获取设置于测量点处的光谱获取装置的频谱响应函数，经过一定的数学处理，消除测试光谱相对于参考光谱的光滤波元件滤波效应，以及设置于测量点处的光谱获取装置自身频谱响应函数带来的光谱展宽的影响后的参考光谱信息。
需要说明的是，光学路径中诸如光纤放大器(EDFA)、色散、非线性效应等同样也会对光信号形状产生影响。但是，在针对单个特定的待测信道范围内，这些效应导致的信号的光谱形变化可以近似忽略，因此，本发明实施例中只考虑光学滤波元器件的影响。
在本发明的一些实施例中，光噪声测量装置可以根据参考光谱信息和滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息；再根据滤波效应修正参考光谱信息和频谱响应函数进行卷积运算，实现消除展宽效应修正，得到修正参考光谱信息。
其中，光噪声测量装置根据参考光谱信息和滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息的过程可以为：将参考光谱信息与滤波窗口函数进行乘积运算，实现消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息。
需要说明的是，在本发明实施例中，光噪声测量装置为了消除测试光谱相对于参考光谱，由预设参考点和测量点光路之间光滤波元器件滤波效应引起的谱形变化，将参考光谱信息与所有光滤波元器件件的滤波窗口函数依次相乘，得到滤波效应修正参考光谱信息。
还需要说明的是，由于预设参考点处光谱获取装置的光学分辨率较高，在不考虑预设参考点光谱获取装置的频谱响应的情况下，由于测量点处往往选用适用于大规模部署的模块级光谱获取装置，其频谱响应对测量结果的展宽效应不可忽略，因此，光噪声测量装置在得到了滤波效应修正参考光谱信息之后，还需要将滤波效应修正参考光谱信息与测量点对应的频谱响应函数进行卷积运算，消除设置于测量点处的光谱获取装置自身频谱响应带来的光谱展宽的影响后，得到最终的修正参考光谱信息。
S104、根据修正参考光谱信息和测试光谱信息，得到信号分量比例因子。
光噪声测量装置在得到了修正参考光谱信息之后，该光噪声测量装置就可以根据该修正参考光谱信息和测试光谱信息，得到信号分量比例因子了。其中，信号分量比例因子表征光信号经光学路径传输的增益/衰减效应。
在本发明实施例中，由于光信号经光学路径传输时，光学路径中光放大器以及光纤损耗等，会引起光信号的增益或衰减。这种增益或衰减，在针对单个特定的信道范围内，并不会引起光谱形状的显著变化，因此，本发明实施例引入信号分量比例因子K表征光信号经光学路径传输的增益/衰减效应。
需要说明的是，在实际中，光信号经光学路径传输时一般会存在显著的增益与衰减。在对参考光谱信息经过上述的数学处理之后，修正参考光谱信息与测试光谱中的信号分量的频谱分布可认为完全一致，这样就可以进一步的估算信号分量比例因子K。
可以理解的是，若不经过本发明实施例提到的上述数学处理，消除由预设参考点和测量点光路之间光滤波元器件滤波效应，以及设置于测量点处的光谱获取装置自身频谱响应带来的光谱展宽的影响，那么参考光谱与测试光谱中信号分量频谱分布将不一致，而无法得到信号分量比例因子K。
在本发明的一些实施例中，光噪声测量装置可以获取修正参考光谱信息的峰值波长对应的第一功率，以及测试光谱信息的峰值波长对应的第二功率；并对第二功率与第一功率进行比值运算，得到信号分量比例因子。
需要说明的是，由于光谱信息为一段波长内，每个波长对应的功能，因此，在光谱信息中可以找到峰值波长对应的功率的。这样，光噪声测量装置可以获取到修正参考光谱信息的峰值波长对应的第一功率和测试光谱信息的峰值波长对应的第二功率。
在本发明实施例中，由于在光谱的峰值波长处，由于信号分量占比远大于噪声分量，因而信号分量比例因子可以近似等于测试光谱的峰值波长功率(第二功率)与修正参考光谱峰值功率(第一功率)之比。即如公式(1)所示：
K＝Spect(λpk)/Spec′r(λpk) (1)
其中，Spect(λpk)表示测试光谱信息的峰值波长对应的第二功率，Spec′r(λpk)修正参考光谱信息的峰值波长对应的第一功率。
S105、根据信号分量比例因子、预设参考点对应的参考光噪声、测试光谱信息和修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声。
光噪声测量装置在得到了信号分量比例因子之后，该光噪声测量装置就可以将信号分量比例因子、预设参考点对应的参考光噪声、测试光谱信息和修正参考光谱信息输入到预设光噪声模型中，从而得到输出的测量点的测试光噪声。
需要说明的是，本发明实施例中的预设光噪声模型指的是信号分量比例因子、预设参考点对应的参考光噪声、测试光谱信息、修正参考光谱信息以及测量点的测试光噪声之间的对应关系的模型。本发明实施例中的预设光噪声模型也是经过已有的公式或模型得到的，详细的获取过程将在下面进行详细说明。
需要说明的是，由于频谱响应函数针对的是一段波长内的响应，因此，光噪声测量装置根据信号分量比例因子、预设参考点对应的参考光噪声、测试光谱信息和修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声是一段波长对应的光噪声。
可以理解的是，由于光噪声测量装置在进行光噪声测量的时候，对参考点光谱进行了修正，消除了光学滤波元器件和测量点处的频谱响应的影响，使得利用修正后的修正参考点光谱信息进行测量点处的光噪声的过程更加准确和精确，即提高了测量光噪声的准确率。
在本发明的一些实施例中，S104之后，且S105之前，本发明实施例提供的一种光噪声测量方法还可以包括：获取预设光噪声模型的过程，如S106-S110所示：
S106、获取预设参考光谱模型和预设测试光谱模型。
S107、获取预设参考点的信号分量与测量点的信号分量的预设信号分量模型。
S108、根据预设测试光谱模型和预设信号分量模型，得到重写测试光谱模型。
S109、根据预设参考光谱模型、滤波窗口函数和频谱响应函数，得到修正参考光谱模型。
S110、根据重写测试光谱模型和修正参考光谱模型，得到预设光噪声模型。
在本发明实施例中，光噪声测量装置是可以获取到已知的预设参考光谱模型和预设测试光谱模型的，其中，预设参考光谱模型表征光信号在预设参考点的信号分量、预设参考点对应的频谱响应函数与预设参考光谱信息的对应关系的。预设测试光谱模型表征光信号在测量点的信号分量、测量点对应的频谱响应函数与测试光谱信息的对应关系的。
示例性的，在本发明实施例中，预设参考光谱模型可以为公式(2)，预设测试光谱模型可以为公式(3)，如下：
Specr(λ)＝Pr(λ)*h201(λ)≈Pr(λ)＝Sr(λ)+Nr(λ) (2)
Spect(λ)＝Pt(λ)*h202(λ)＝[St(λ)+Nt(λ)]*h202(λ) (3)
其中，Specr(λ)表示预设参考点的参考光谱信息，Pr(λ)表示预设参考点的光信号，h201(λ)表示预设参考点对应的频谱响应函数，Sr(λ)表示预设参考点对应的光信号的信号分量，Nr(λ)表示预设参考点对应的光信号的光噪声分量(本发明实施例中的这个值是已知的)；Spect(λ)表示测量点的测试光谱信息，Pt(λ)表示测量点的光信号，h202(λ)表示测量点对应的频谱响应函数；St(λ)表示测量点对应的光信号的信号分量，Nt(λ)表示测量点对应的光信号的光噪声分量(本发明实施例中的要求解的值)；“*”为卷积运算。
其中，光谱信息和频谱响应函数为待测信道内具有一定长度的量。
需要说明的是，如图1所示，在沿着待测信道传播光学路径上，分别选取预设参考点101和测量点102，其中，预设参考点101处的光信号表示为Pr(λ)，测量点102处的光信号表示为Pt(λ)。预设参考点101具有已知的光噪声分量Nr(λ)，而测量点102的光噪声分量Nt(λ)未知，为待测量。由此可知预设参考点光信号为公式(4)，测量点的光信号为公式(5)：
Pr(λ)＝Sr(λ)+Nr(λ) (4)
Pt(λ)＝St(λ)+Nt(λ) (5)
在本发明实施例中，在预设参考点101和测量点102处，分别设置有光谱获取装置201和光谱获取装置202。因此，通过在预设参考点和测量点处的光纤抽头，分出部分信号光给到相应的光谱获取装置，得到参考光谱信息为公式(6)和测试光谱信息为公式(7)：
Specr(λ)＝Pr(λ)*h201(λ) (6)
Spect(λ)＝Pt(λ)*h202(λ) (7)
其中，由于光谱获取装置201具有较高的光学分辨率，其频谱响应对测量结果的展宽效应可近似忽略。因此，公式(6)可以变为公式(8)，如下：
Specr(λ)＝Pr(λ)*h201(λ)≈Pr(λ) (8)
这样，由于光信号中已经引入了信号分量比例因子，因而此处不考虑光纤抽头的分光比的情况下，将公式(4)代入公式(8)得到了预设参考光谱模型，并将公式(5)代入公式(7)得到了预设测试光谱模型。
在本发明实施例中，光噪声测量装置还可以获取预设参考点的信号分量与测量点的信号分量的预设信号分量模型。
需要说明的是，由于预设参考点和测量点之间可能存在至少一个光学滤波元器件，因此，预设参考点的信号分量和测量点的信号分量在考虑到信号分量比例因子和光学滤波元器件的作用后，可以得出预设信号分量模型的，该预设信号分量模型表征预设参考点和测量点之间的信号分量的对应关系。
示例性的，基于图1的光学路径，在预设参考点101和测量点102的传播光学路径上，有若干光学滤波元器件301～30n，假设其滤波窗口函数依次为t301(λ)～t30n(λ)。预设参考点和测量点中信号分量Sr(λ)和St(λ)应满足预设信号分量模型，即公式(9)，如下：
St(λ)＝K·Sr(λ)·∏k＝1～nt30k(λ) (9)
其中，k表示光学滤波元器件的数目，K表示信号分量比例因子，“·”为乘积运算。
在本发明实施例中，光噪声测量装置在获取到预设参考光谱模型、预设测试光谱模型和预设信号分量模型之后，该光噪声测量装置就可以根据预设测试光谱模型和预设信号分量模型，得到重写测试光谱模型，以及根据预设参考光谱模型、滤波窗口函数和频谱响应函数，得到修正参考光谱模型了。
在本发明实施例中，光噪声测量装置将预设信号分量模型代入到预设测试光谱模型中，得到重写测试光谱模型。
示例性的，将公式(9)代入到公式(3)，得到重写测试光谱模型，即公式(10)，如下：
Spect(λ)＝Pt(λ)*h202(λ)＝[K·Sr(λ)·∏k＝1～nt30k(λ)+Nt(λ)]*h202(λ) (10)
在本发明实施例中，光噪声测量装置获取修正参考光谱模型的过程为根据预设参考光谱模型、滤波窗口函数和频谱响应函数得到。
这里，光噪声测量装置先将预设参考光谱信息与所有光滤波元器件的滤波窗口函数依次相乘，得到光滤波修正参考光谱模型，进一步地，为了修正设置于测量点处光谱获取装置频谱响应带来的影响，根据测量点处的光谱获取装置频谱响应函数对光滤波修正参考光谱模型将行修正，例如卷积运算，得到修正参考光谱模型。
示例性的，基于图1，获取预设参考点和测量点的光学路径之间，所有光滤波元器件的滤波窗口函数为t301(λ)～t30n(λ)。将参考光谱信息与所有光滤波元器件的滤波窗口函数依次相乘，得到光滤波修正参考光谱模型。此时，由于预设参考点处光谱获取装置光学分辨率较高，在不考虑参考点光谱获取装置的频谱响应h201(λ)的影响下，光滤波修正参考光谱模型可表示为公式(11)，如下：
Specr1(λ)＝Specr(λ)·∏k＝1～nt30k(λ)＝[Sr(λ)+Nr(λ)]·∏k＝1～nt30k(λ) (11)
其中，Specr1(λ)表示滤波效应修正参考光谱信息。
在本发明实施例中，测量点处往往选用适用于大规模部署的模块级光谱获取装置，其频谱响应h202(λ)对测量结果(测量点处的光噪声)的展宽效应不可忽略。光噪声测量装置将光滤波修正参考光谱模型与测量点处光谱获取装置的频谱响应函数光滤波修正参考光谱模型进行卷积，得到进一步修正参考光谱模型，可表示为公式(12)，如下：
Spec′r(λ)＝Specr1(λ)*h202(λ)＝[Sr(λ)+Nr(λ)]·∏k＝1～nt30k(λ)*h202(λ) (12)
其中，Spec′r(λ)表示修正参考光谱信息。
在光噪声测量装置得到了重写测试光谱模型和修正参考光谱模型后，通过重写测试光谱模型减去K倍的修正参考光谱模型，得到预设光噪声模型。其中，K为信号分量比例因子。
示例性的，将公式(10)-K乘以公式(12)，得到预设光噪声模型，即公式(13)，如下：
Spect(λ)-K·Spec′r(λ)＝[Nt(λ)-K·Nr(λ)·∏k＝1～nt30k(λ)]*h202(λ) (13)
在本发明实施例中，在得到信号分量比例因子K，并已知且预设参考信号的光噪声分量Nr(λ)的条件下，获取到测试光谱信息、修正参考光谱信息后，就可以计算得到测量点的光噪声分量Nt(λ)了。
下面通过实验数据，如图3-图8的功率与波长的曲线图验证上述部分理论。
如图3所示，401示意预设参考信号Pr(λ)特例，图3中501示意测试信号Pt(λ)特例(存在一个光学滤波元器件作用下的示意图)，它们具有不同的光噪声。假定预设参考点和测量点之间，存在一个光学滤波元器件，其滤波窗口函数如图4中601所示，此时，测试的光信号501是受光学滤波元器件滤波窗口的整形作用影响的。而图3中502示意在无光学滤波元器件影响时的测试信号光谱，由此看出，502与401中信号分量频谱分布完全一致，而光噪声存在差异。也就是说，测试光谱相对于参考光谱，由参考点和测量点光路之间光滤波元件滤波效应引起了谱形变化。
图5中的402示意参考光谱401经上述光滤波修正之后得到的滤波效应修正参考光谱信息Specr1(λ)的谱形特例。由此看出，滤波效应修正参考光谱402对401修正后与存在光滤波元器件影响的测试光谱501相比，存在明显的改善，几乎一致了，证明了光滤波修正的必要性和正确性。
在本发明实施例中，图6中响应曲线701示意设置于测量点处光谱获取装置频谱响应特例，图7中503示意501通过具有如701频谱响应的光谱获取装置得到的测试光谱Spect(λ)。可以看到，通过设置于测量点处光谱获取装置得到的测试光谱，与测试点处的真实光信号存在显著差异，即验证了测量点处往往选用适用于大规模部署的模块级光谱获取方案，其频谱响应h202(λ)对测量结果的展宽效应不可忽略。
在本发明实施例中，如图8中光谱曲线403为经上述光滤波修正，并经过频谱响应修正之后得到的修正参考光谱信息Spec′r(λ)的谱形特例，其与经过光滤波元器件和频谱响应后得到的测试光谱503相比，消除了差异。这验证了消除了测试光谱相对于参考光谱，由预设参考点和测量点光路之间光滤波元件滤波效应，以及设置于测量点处的光谱获取装置自身频谱响应带来的光谱展宽的影响后，修正的参考光谱Spec′r(λ)与测试光谱Spect(λ)中信号分量的频谱分布可认为完全一致，而仅存在固定的比例因子K。
可以理解的是，由于光噪声测量装置在进行光噪声测量的时候，对参考点光谱进行了修正，消除了光学滤波元器件和测量点处的频谱响应的影响，使得利用修正后的修正参考点光谱信息进行测量点处的光噪声的过程更加准确和精确，即提高了测量光噪声的准确率。
如图9所示，本发明实施例提供了一种光噪声测量装置1，包括：
获取单元10，用于在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息；其中，所述预设参考点的参考光噪声已知；以及获取所述光学路径上的所述预设参考点与所述测量点之间的光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及所述测量点对应的频谱响应函数；
计算单元11，根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息；及根据所述修正参考光谱信息和所述测试光谱信息，得到信号分量比例因子；以及根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声。
在本发明的一些实施例中，所述计算单元11，具体用于根据所述参考光谱信息和所述滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息；以及根据所述滤波效应修正参考光谱信息和所述频谱响应函数进行卷积运算，实现消除展宽效应修正，得到所述修正参考光谱信息。
在本发明的一些实施例中，所述计算单元11，还具体用于将所述参考光谱信息与所述滤波窗口函数进行乘积运算，实现消除滤波效应的修正，得到所述滤波效应修正参考光谱信息。
在本发明的一些实施例中，所述计算单元11，具体用于获取所述修正参考光谱信息的峰值波长对应的第一功率，以及所述测试光谱信息的峰值波长对应的第二功率；以及对所述第二功率与所述第一功率进行比值运算，得到所述信号分量比例因子。
在本发明的一些实施例中，所述获取单元10，还用于所述根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息之后，且所述根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声之前，获取预设参考光谱模型和预设测试光谱模型；以及获取所述预设参考点的信号分量与所述测量点的信号分量的预设信号分量模型；
所述计算单元11，还用于根据所述预设测试光谱模型和所述预设信号分量模型，得到重写测试光谱模型；及根据所述预设参考光谱模型、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱模型；以及根据所述重写测试光谱模型和所述修正参考光谱模型，得到所述预设光噪声模型。
在本发明的一些实施例中，所述获取单元10，具体用于通过高光学分辨率的光谱获取装置获取所述预设参考点对应的所述参考光谱信息；以及通过低光学分辨率的光谱获取装置获取所述测量点对应的所述测试光谱信息。
在本发明的一些实施例中，所述光学滤波元器件包括以下至少一种：
光复用器和光解复用器。
如图10所示，本发明实施例还提供了一种光噪声测量装置，包括：
存储器12，用于存储可执行光噪声测量指令；
处理器13，用于执行所述存储器12中存储的可执行光噪声测量指令时，实现上述光噪声测量方法。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有可执行光噪声测量指令，用于引起处理器执行时，实现上述光噪声测量方法。
其中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，例如通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其中，通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、闪存(Fl ash Memory)等。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random A ccess Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static RandomAccess Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous Stati c Random AccessMemory)。本发明实施例描述的存储器440旨在包括这些和任意其它适合类型的存储器。
在一些实施例中，存储介质可以是FRAM、ROM、PROM、EPROM、EE PROM、闪存、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。
在一些实施例中，可执行指令可以采用程序、软件、软件模块、脚本或代码的形式，按任意形式的编程语言(包括编译或解释语言，或者声明性或过程性语言)来编写，并且其可按任意形式部署，包括被部署为独立的程序或者被部署为模块、组件、子例程或者适合在计算环境中使用的其它单元。
作为示例，可执行指令可以但不一定对应于文件系统中的文件，可以可被存储在保存其它程序或数据的文件的一部分，例如，存储在超文本标记语言(H TML，Hyper TextMarkup Language)文档中的一个或多个脚本中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者，存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。
作为示例，可执行指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
以上所述，仅为本发明的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种光噪声测量方法，其特征在于，包括：
在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息；其中，所述预设参考点的参考光噪声已知；
获取所述光学路径上的所述预设参考点与所述测量点之间的光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及所述测量点对应的频谱响应函数；
根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息；
根据所述修正参考光谱信息和所述测试光谱信息，得到信号分量比例因子；
根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息，包括：
根据所述参考光谱信息和所述滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息；
根据所述滤波效应修正参考光谱信息和所述频谱响应函数进行卷积运算，实现消除展宽效应修正，得到所述修正参考光谱信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考光谱信息和所述滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息，包括：
将所述参考光谱信息与所述滤波窗口函数进行乘积运算，实现消除滤波效应的修正，得到所述滤波效应修正参考光谱信息。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述修正参考光谱信息和所述测试光谱信息，得到信号分量比例因子，包括：
获取所述修正参考光谱信息的峰值波长对应的第一功率，以及所述测试光谱信息的峰值波长对应的第二功率；
对所述第二功率与所述第一功率进行比值运算，得到所述信号分量比例因子。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息之后，且所述根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声之前，所述方法还包括：
获取预设参考光谱模型和预设测试光谱模型；
获取所述预设参考点的信号分量与所述测量点的信号分量的预设信号分量模型；
根据所述预设测试光谱模型和所述预设信号分量模型，得到重写测试光谱模型；
根据所述预设参考光谱模型、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱模型；
根据所述重写测试光谱模型和所述修正参考光谱模型，得到所述预设光噪声模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息，包括：
通过高光学分辨率的光谱获取装置获取所述预设参考点对应的所述参考光谱信息；
通过低光学分辨率的光谱获取装置获取所述测量点对应的所述测试光谱信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学滤波元器件包括以下至少一种：
光复用器和光解复用器。
8.一种光噪声测量装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于在沿着噪声待测信道传播的光学路径上，获取预设参考点对应的参考光谱信息和测量点对应的测试光谱信息；其中，所述预设参考点的参考光噪声已知；以及获取所述光学路径上的所述预设参考点与所述测量点之间的光学滤波元器件的滤波窗口函数，以及所述测量点对应的频谱响应函数；
计算单元，根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息；及根据所述修正参考光谱信息和所述测试光谱信息，得到信号分量比例因子；以及根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述计算单元，具体用于根据所述参考光谱信息和所述滤波窗口函数进行消除滤波效应的修正，得到滤波效应修正参考光谱信息；以及根据所述滤波效应修正参考光谱信息和所述频谱响应函数进行卷积运算，实现消除展宽效应修正，得到所述修正参考光谱信息。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述计算单元，还具体用于将所述参考光谱信息与所述滤波窗口函数进行乘积运算，实现消除滤波效应的修正，得到所述滤波效应修正参考光谱信息。
11.根据权利要求8至10任一项所述的装置，其特征在于，
所述计算单元，具体用于获取所述修正参考光谱信息的峰值波长对应的第一功率，以及所述测试光谱信息的峰值波长对应的第二功率；以及对所述第二功率与所述第一功率进行比值运算，得到所述信号分量比例因子。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述获取单元，还用于所述根据所述参考光谱信息、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱信息之后，且所述根据所述信号分量比例因子、所述预设参考点对应的参考光噪声、所述测试光谱信息和所述修正参考光谱信息和预设光噪声模型，得到测量点的测试光噪声之前，获取预设参考光谱模型和预设测试光谱模型；以及获取所述预设参考点的信号分量与所述测量点的信号分量的预设信号分量模型；
所述计算单元，还用于根据所述预设测试光谱模型和所述预设信号分量模型，得到重写测试光谱模型；及根据所述预设参考光谱模型、所述滤波窗口函数和所述频谱响应函数，得到修正参考光谱模型；以及根据所述重写测试光谱模型和所述修正参考光谱模型，得到所述预设光噪声模型。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述获取单元，具体用于通过高光学分辨率的光谱获取装置获取所述预设参考点对应的所述参考光谱信息；以及通过低光学分辨率的光谱获取装置获取所述测量点对应的所述测试光谱信息。
14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述光学滤波元器件包括以下至少一种：
光复用器和光解复用器。
15.一种光噪声测量装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储可执行光噪声测量指令；
处理器，用于执行所述存储器中存储的可执行光噪声测量指令时，实现权利要求1至7任一项所述的方法。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有可执行光噪声测量指令，用于引起处理器执行时，实现权利要求1至7任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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