CN115100800B - 基于dvs的光缆预警系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤通信技术领域，公开了一种基于DVS的光缆预警系统及其控制方法。该方法包括：信息采集终端用于控制振动传感矩阵模块采集环境中产生的振动源信号和采集振动源信号对应的采集时间，以及将振动源信号进行模数转换为振动数字信号，并依据采集时间，将振动数字信号进行时间差计算以及进制转换为对应的数字发送信号，基于数字发送信号生成对应频率的微振动信号，并将微振动信号加载在光缆上，以使光缆产生后向散射光信号；监测主机用于将后向散射光信号转换为对应的数字电信号，并对数字电信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。本发明通过利用信息采集终端和监测主机，实现了对通信光缆振动源信号的高精度监控。

Description

基于DVS的光缆预警系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于DVS的光缆预警系统及其控制方法。

背景技术

随着光纤通信技术的快速发展和市场经济发展的需要，用于通信信息传输的光缆建设，也在加强总线的延伸、以及不断的扩大铺设范围。但是随着光缆铺设范围的扩大，受到了愈来愈多外力破坏造成的通信中断等负面影响，其中造成通信光缆破坏的外部因素主要有：野蛮的工程施工作业、有意无意的人为因素（如盗窃光缆、恶意破坏等）和自然灾害（如地震、台风等）等。由此，通过相关预警方法来预防外力破坏通信光缆，对于监测和保护通信光缆线路的正常运行的安全性和可靠性是非常必要的。

当前，对于通信光缆外力破坏的预警监控，主要是DVS（分布式光纤振动传感系统（Distributed Optical Fiber Vibration Sensing System, DVS）)以光纤作为传感器进行振动感知的光学仪器或者在待探测光缆上增加采集终端，通过利用单根光纤和采集终端实现振动的监测和信号的传输，解析光纤传输回来的后向散射信号来判断外界干扰的具体位置。但是这种监控方法存在着误告和漏告警率高、无法所识别识别振动源与光缆的距离及具体危害等级等问题。即现有的利用采集终端的方式，对通信光缆外力破坏程度的监控精度较差。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有的利用采集终端的方式，对通信光缆外力破坏程度的监控精度较差的问题。

本发明第一方面提供了一种基于DVS的光缆预警系统，所述基于DVS的光缆预警系统包括基于光缆通信连接的信息采集终端和监测主机，所述信息采集终端包括振动传感矩阵模块，所述信息采集终端设于所述光缆的表面，所述监测主机设于所述光缆的端部；所述信息采集终端用于控制所述振动传感矩阵模块采集环境中产生的振动源信号和采集振动源信号对应的采集时间，以及将所述振动源信号进行模数转换为振动数字信号，并依据所述采集时间，将所述振动数字信号进行时间差计算以及进制转换为对应的数字发送信号，基于所述数字发送信号生成对应频率的微振动信号，并将所述微振动信号加载在所述光缆上，以使所述光缆产生后向散射光信号；所述监测主机用于将所述后向散射光信号转换为对应的数字电信号，并对所述数字电信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。

可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述信息采集终端包括信号采集模块、微处理器模块和定频振动发生器模块，所述信号采集模块包括模数转换电路，所述振动传感矩阵模块与所述模数转换电路连接，所述模数转换电路与所述微处理器模块连接，所述微处理器模块与所述定频振动发生器模块连接，所述定频振动发生器模块作用于所述光缆；所述模数转换电路用于将所述振动传感矩阵模块传输的所述振动源信号模数转换为所述振动数字信号，并将所述振动数字信号传输至所述微处理器模块；所述微处理器模块用于依据所述采集时间，将所述振动数字信号进行时间差计算，并根据计算的结果将所述振动数字信号调制成数字发送信号，并将所述数字发送信号传输至所述定频振动发生器模块；所述定频振动发生器模块用于将所述数字发送信号转换为所述微振动信号，以及将所述微振动信号加载在所述光缆上。

可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述振动传感矩阵模块用于将采集环境中产生的对应振动强度的振动波转换为对应信号强度的模拟电信号，并基于所述模拟电信号生成振动源信号，以及记录生成所述振动源信号对应的采集时间，将各所述振动源信号传输至所述模数转换电路。

可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述振动传感矩阵模块包括多个在空间位置上相对设置的振动传感器，所述振动传感器包括与所述光缆相隔预置距离的上端平行线位置和下端平行线位置；各所述振动传感器分别采集环境中产生的振动波以及对应的采集时间；所述微处理器模块基于各所述振动传感器的空间位置和对应的采集时间，计算各所述振动传感器之间振动波对应的采集距离以及采集时间差，并根据所述采集距离以及所述采集时间差，计算所述振动波对应的振动源相对于所述振动传感矩阵模块的时间差距离；所述微处理器模块基于所述时间差距离对各所述振动数字信号进行振动源距离的信号整合，生成振动时间差信号。

可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述微处理器模块还用于对各所述振动传感器对应的振动时间差信号提取对应的振动特征，以及基于信号特征提取的结果，整合为单个初始数字发送信号，并将所述初始数字发送信号进行二进制转换，得到数字发送信号，并将所述数字发送信号传输至所述定频振动发生器模块。

可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述定频振动发生器模块包括数模转换模块和振动发生器，所述数模转换模块分别与所述振动发生器和所述微处理器模块连接，所述振动发生器作用于所述光缆；所述数模转换模块用于将所述数字发送信号中第一数值转换为第一振动波信号，并将所述第一振动波信号传输至所述振动发生器，以及将所述数字发送信号中第二数值转换为第二振动波信号，并将所述第二振动波信号传输至所述振动发生器；所述振动发生器用于将所述第一振动波信号转换为第一频率的微振动信号以及将所述第二振动波信号转换为第二频率的微振动信号，并将所述第一频率的微振动信号和所述第二频率的微振动信号加载到所述光缆上。

可选的，在本发明第一方面的第六种实现方式中，所述监测主机包括解调模块和信号分析模块，所述解调模块与所述信号分析模块连接；所述解调模块用于接收所述光缆传输的后向散射光信号，将所述后向散射光信号转换为高频电信号，并将所述高频电信号解调为数字基带信号，将所述数字基带信号传输至所述信号分析模块；所述信号分析模块用于将所述数字基带信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。

可选的，在本发明第一方面的第七种实现方式中，所述解调模块包括收发合路模块、EDFA模块、光电探测模块、模拟信号处理模块和数字采集模块，所述收发合路模块分别与所述光缆的端部和所述EDFA模块连接，所述EDFA模块与所述光电探测模块连接，所述光电探测模块与所述模拟信号处理模块连接，所述模拟信号处理模块与所述数字采集模块连接，所述数字采集模块与所述信号分析模块连接；所述收发合路模块用于接收所述光缆传输的后向散射光信号，并将所述后向散射光信号传输至所述EDFA模块；所述EDFA模块用于将所述后向散射光信号的光功率放大，并将光功率放大后的后向散射光信号传输至所述光电探测模块；所述光电探测模块用于将所述后向散射光信号转换为高频电信号，并将所述高频电信号传输至所述模拟信号处理模块；所述模拟信号处理模块用于将所述高频电信号进行信号放大和信号滤波，得到基带模拟信号，并将所述基带模拟信号传输至所述数字采集模块；所述数字采集模块用于将所述基带模拟信号模数转换为数字基带信号，并将所述数字基带信号传输至所述信号分析模块。

可选的，在本发明第一方面的第八种实现方式中，所述信号分析模块包括数字信号处理模块和数据输出及显示模块，所述数字信号处理及控制模块与数据输出及显示模块连接；所述数字信号处理及控制模块用于将数字基带信号转换为对应的振动特征信息，并对所述振动特征信息进行振动特征匹配，基于特征匹配的结果，生成预警信息，并将所述预警信息传输至所述数据输出及显示模块；所述数据输出及显示模块用于将所述预警信息进行信息输出以及展示。

本发明第二方面提供了一种基于DVS的光缆预警系统的预警方法，所述预警方法包括：获取光缆中基于后向瑞利反射原理反射回来的后向散射光，以及所述光缆的发送与接收光信号的时间差，其中，所述后向散射光是通过设于所述光缆上的信息采集终端基于环境中的振动源信号进行信号调制后作用于所述光缆上所产生的后向散射光信号；对所述后向散射光进行光电转换以及高频信号解调，得到数字基带信号，以及根据所述时间差，计算出所述后向散射光对应的预警位置信息；根据所述数字基带信号，利用预置振动频率对所述数字基带信号进行振动频率转换，得到振动基带信号，并对振动基带信号进行进制信号分析，得到对应的振动源信号；利用所述振动源信号匹配预置的振动模型库中对应的振动模型，并根据匹配到的振动模型和所述预警位置信息，生成对应的预警信息。

本发明提供的技术方案中，基于DVS的光缆预警系统包括基于光缆通信连接的信息采集终端和监测主机，信息采集终端包括振动传感矩阵模块，信息采集终端设于光缆的表面，监测主机设于光缆的端部；信息采集终端用于控制振动传感矩阵模块采集环境中产生的振动源信号和采集振动源信号对应的采集时间，以及将振动源信号进行模数转换为振动数字信号，并依据采集时间，将振动数字信号进行时间差计算以及进制转换为对应的数字发送信号，基于数字发送信号生成对应频率的微振动信号，并将微振动信号加载在光缆上，以使光缆产生后向散射光信号；监测主机用于将后向散射光信号转换为对应的数字电信号，并对数字电信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。相比于现有技术，本申请通过利用信息采集终端中的振动传感矩阵模块采集环境中的振动源信号，并对振动源信号进行模数转换以及时间差计算，得到对应的数字发送信号，并将所述数字发送信号转换为对应频率的微振动信号，从而利用微振动信号作用与终端所在的光缆，进而监测主机对收到的后向散射光进行振荡频率解调，得到对应的振动信息。实现了对通信光缆振动源信号的高精度监控，以获取当前环境中振动源对应的精确振动信息。

附图说明

图1为本发明实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图的第一个结构示意图；

图2为本发明实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图的第二个结构示意图；

图3为本发明实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图的第三个结构示意图；

图4为本发明实施例中各振动源相对于光缆的空间位置关系的示意图；

图5为本发明实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图的第四个结构示意图；

图6为本发明实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图的第五个结构示意图；

图7为本发明实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图的第六个结构示意图；

图8为本发明实施例中基于DVS的光缆预警系统的预警方法的一个实施例示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于DVS的光缆预警系统及其控制方法，信息采集终端用于控制振动传感矩阵模块采集环境中产生的振动源信号和采集振动源信号对应的采集时间，以及将振动源信号进行模数转换为振动数字信号，并依据采集时间，将振动数字信号进行时间差计算以及进制转换为对应的数字发送信号，基于数字发送信号生成对应频率的微振动信号，并将微振动信号加载在光缆上，以使光缆产生后向散射光信号；监测主机用于将后向散射光信号转换为对应的数字电信号，并对数字电信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。本发明通过利用信息采集终端和监测主机，实现了对通信光缆振动源信号的高精度监控。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为便于理解，下面通过各实施例对本发明提供的基于DVS的光缆预警系统及其控制方法的结构和实现流程进行详细说明，请参阅图1，本发明第一个实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图，所述基于DVS的光缆预警系统包括基于光缆30通信连接的信息采集终端10和监测主机20，所述信息采集终端10包括振动传感矩阵模块101，所述信息采集终端10设于所述光缆30的表面，所述监测主机20设于所述光缆30的端部。

本实施例中，所述信息采集终端10用于控制所述振动传感矩阵模块101采集环境中产生的振动源信号和采集振动源信号对应的采集时间，以及将所述振动源信号进行模数转换为振动数字信号，并依据所述采集时间，将所述振动数字信号进行时间差计算以及进制转换为对应的数字发送信号，基于所述数字发送信号生成对应频率的微振动信号，并将所述微振动信号加载在所述光缆30上，以使所述光缆30产生后向散射光信号；所述监测主机20用于将所述后向散射光信号转换为对应的数字电信号，并对所述数字电信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。

在实际应用中，这里的采集环境，指的是布置有相关通信光缆30，其走线所埋藏的周围环境；这里的振动源信号，指的是相应光缆30和信息采集终端10所在环境中相关振动源产生的振动信号，其中振动源可以是埋藏光缆30地面上路面行人走路振动、路面施工（如挖掘机、农民锄头翻地等）、埋藏光缆30下地震振动等振动来源产生的信号。通过利用信息采集终端10来采集相应地点光缆30的振动信号，能准确的将不同的振动源、振动强度、振动源与信息采集终端10之间的振动距离等信息进行采集，从而将准确的振动源信息发送至监测主机20上，实现监测中心的人员更加准确监测通信光缆30的维护信息，及时对外力破坏的光缆30派出相对应的人员和抢修设备进行抢修。

通过利用信息采集终端10的振动传感矩阵模块101采集环境中振动源信息，由于振动传感矩阵模块101是由多个在空间位置上相对设置的振动传感器组成而成，即可利用由空间矩阵排布的振动传感器分别采集环境中相应振动源传导过来的振动波，并分别记录下各个振动传感器采集对应振动波的采集时间对应的时刻点，从而利用采集的振动波信号和对应的采集时间生成多个振动传感器对应的振动源信号；由于振动传感器采集的是环境中原始振动波对应的模拟信号，需要将振动源信号进行模数转换为对应的振动数字信号，进而根据振动传感矩阵模块101中各个振动传感器相对空间位置排布信息，基于各个振动数字信息对应的采集时间，对振动数字信号进行时间差计算，从而计算出振动源相对于振动传感矩阵模块101的相对位置及其与信息采集终端10对应的距离；进而根据时间差计算的结果，将各个振动数字信号进行信号整合为单个初始数字发送信号（其中该初始数字发送信号包括振动波频率、振动源位置、振动源相对于振动传感矩阵模块101的相对距离等振动信息），进而对初始数字发送信号进行进而转换为对应二进制的数字发送信号；进而基于数字发送信号对应的进制数（1和0），将其中数字发送信号包含二进制数1的信号部分转换为对应第一频率的微振动信号，以及将其中数字发送信号包含二进制0的信号部分转换为对应第二频率的微振动信号，从而得到待加载的微振动信号；进而将微振动信号加载至所述光缆30上，以使所述光缆30产生后向散射光信号。

监测主机20通过获取光缆30传输回来的后向散射光，进而将获取的后向散射光进行光功率放大和光电转换，从而将后向散射光转换为对应预设高频频段的高频电信号；进而对高频电信号进行信号放大和信号滤波处理，得到对应的基带模拟信号，进而对该基带模拟模拟信号进行频率特征分析，将其中代表二进制数1对应的频率提取出来以及将代表二进制数0对应的频率提取出来，进而将提取的两段信号进行组成对应二进制数字信号，进而对该数字信号进行振动特征匹配，将其中包含的振动源距离信息、振动强度信息等提取出来，进而根据提取出来的各种振动信息匹配对应振动预警等级的预警信息，从而得到包含振动源距离、振动强度和振动源类型等信息的预警信息；此外获取当前光缆30的折射率、以及监测主机20发送调制前的初始脉冲光信号的初始时间和监测主机20接收到后向散射光的接收时间，从而利用折射率、初始时间和接收时间，计算出光缆30预警地点，并添加至预警信息，从而将所述预警信息发送给相应工作人员已预防光缆30的损坏，影响光纤通信数据的传输。

请参阅图2，本发明第二个实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图，所述信息采集终端10包括信号采集模块102、微处理器模块103和定频振动发生器模块104，所述信号采集模块102包括模数转换电路1021，所述振动传感矩阵模块101与所述模数转换电路1021连接，所述模数转换电路1021与所述微处理器模块103连接，所述微处理器模块103与所述定频振动发生器模块104连接，所述定频振动发生器模块104作用于所述光缆30；

本实施例中，所述模数转换电路1021用于将所述振动传感矩阵模块101传输的所述振动源信号模数转换为所述振动数字信号，并将采集的所述振动数字信号传输至所述微处理器模块103；所述微处理器模块103用于依据所述采集时间，将所述振动数字信号进行时间差计算，并根据计算的结果将所述振动数字信号调制成数字发送信号，并将所述数字发送信号传输至所述定频振动发生器模块104；所述定频振动发生器模块104用于将所述数字发送信号转换为所述微振动信号。

在实际应用中，信号采集模块102中的模数转换电路1021将上述振动传感矩阵模块101传传输来的振动源信号进行模数转换，通过对振动源模拟信号按照预设采样频率进行采样，并对采样信号进行量化和编码，从而得到振动数字信号；进而利用微处理模块对振动数字信号进行时间差计算和进制转换的信号调制，根据上述振动传感矩阵中各个振动传感器之间的空间位置信息，通过对上述振动数字信号中记录的各个振动传感器对应的采集时间，利用各振动传感器的空间位置信息和采集时间信息进行时间差计算出该振动源距离信息采集终端10的距离，进而基于计算的结果，将振动数字信号中包含的多个传感器采集信号合并为一个采集信号，得到初始的数字发送信号，继而将初始数字发送信号中对应的距离数值信号转换为二进制信号，得到数字发送信号；进而分析数字发送信号，将其中的相应位置上的二进数1进行提取，得到第一数字发送信号，以及将相应位置上的二进数0进行提取，得到第二数字发送信号，进而利用预置两种振动频率，将第一数字发送信号和第二数字发送信号转换为对应频率的微振动信号，从而利用两个微振动信号通过振动波形式加载至所述光缆30上，得到后向散射光信号，并将所述后向散射光信号传输至所述监测主机20。

请参阅图3，本发明第三个实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图，所述振动传感矩阵模块101包括多个在空间位置上相对设置的振动传感器（包括第一振动传感器1011、第二振动传感器1012...第n振动传感器101n），如图4所示各振动传感器相对于光缆30的空间位置关系，其中所述空间位置关系包括与所述光缆30相隔预置距离的上端平行线位置（该位置包括第一振动传感器1011、第三振动传感器1013...第n振动传感器101n）和下端平行线位置（该位置包括第二振动传感器1012、第四振动传感器1014...第n+1振动传感器101（n+1）），即这里的信息采集终端是通过安装在光缆上（即信息采集终端直接套在光缆上即可工作），或者该信息采集终端在光缆四周相应位置分别布置对应的振动传感器以组成信息采集终端，采用振动传感矩阵模块的信息采集终端无需切断光缆即可将信息采集终端加装上去，可以基于已有的光缆来架构系统，在布置有相应光缆且需要进行进行振动监测的上，通过直接安装上对应的信息采集终端，无需相关人员携带光缆切断和连接的设备，使得信息采集终端的安装效率提高，降低布置该系统的成本，大大提高了信息采集终端应用范围；其中这里的各个振动传感器分别与模数转换电路1021连接，包括有线连接和无线连接等。

本实施例中，所述振动传感矩阵模块101用于将采集环境中产生的对应振动强度的振动波转换为对应信号强度的模拟电信号，并基于所述模拟电信号生成振动源信号，以及记录生成所述振动源信号对应的采集时间，将各所述振动源信号传输至所述模数转换电路1021；各所述振动传感器分别采集环境中产生的振动波以及对应的采集时间；所述微处理器模块103基于各所述振动传感器的空间位置和对应的采集时间，计算各所述振动传感器之间振动波对应的采集距离以及采集时间差，并根据所述采集距离以及所述采集时间差，计算所述振动波对应的振动源相对于所述振动传感矩阵模块101的时间差距离；所述微处理器模块103基于所述时间差距离对各所述振动数字信号进行振动源距离的信号整合，生成振动时间差信号。

在实际应用中，由于振动传感矩阵模块具有将振动强度大小转换为对应单调线性关系电信号的功能，利用振动传感矩阵模块101通过将采集环境中产生的对应振动强度的振动波转换为对应信号强度的模拟电信号，并基于所述模拟电信号生成振动源信号，以及记录生成所述振动源信号对应的采集时间，将各所述振动源信号传输至所述模数转换电路1021；其中通过振动传感矩阵模块101中各个振动传感器分别采集当前环境中的振动源传导来的振动波强度，以及根据振动波强度生成对应信号强度的振动波信号，并控制各个振动传感器采集到该振动波信号时刻对应的采集时间，进而将各个振动传感器对应的采集时间添加至振动波信号中，从而得到多个振动源信号；进而根据各振动源信号对应的采集时间，将各振动源信号传输至模数转换电路1021，从而将振动源信号进行模数转换后得到的振动数字信号发送至微处理模块，微处理模块基于所述振动传感矩阵模块101中各个振动传感器在采集信息终端中空间排布信息，其中这里的空间排布信号为与所述光缆30相隔预置距离的上端平行线位置和下端平行线位置，根据各个振动传感器对应的采集时间差（即从振动波信号中提取其中对应的采集时间信号，得到各个振动传感器的采集时间，并利用采集时间计算出各个振动传感器之间的采集时间差），如果光缆30相隔预置距离的上端平行线位置的传感器采集时间更快与下端平行线位置的传感器采集时间，则该振动源可以初步判定为光缆30的地上部分（如路面挖掘机挖掘，行人行走等），则根据上端平行线位置的各个振动传感器之间对应的空间距离，结合各个振动传感器的采集时间和当前光缆30环境下振动波的传输速度，利用时间差算法先计算出振动源距离各个振动传感器之间的距离，进而根据各个振动传感器之间的时间差，通过时间差乘以振动波传输速度，计算出光缆30上振动源距离振动传感矩阵模块101的距离，即时间差距离；如果光缆30相隔预置距离的下端平行线位置的传感器采集时间更快与上端平行线位置的传感器采集时间，则该振动源可以初步判定为光缆30的地下部分（如地震等），同理利用时间差算法也可计算出光缆30下振动源距离振动传感矩阵模块101的距离；进而将所述微处理器模块103基于计算得到的时间差距离对各所述振动数字信号进行振动源距离的信号整合，将采集得到的各个振动信号对应的振动距离整合为时间差距离，即把各个振动信号中包含的振动源距离转变为时间差距离，从而生成振动时间差信号。

请参阅图5，本发明第四个实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图，所述定频振动发生器模块104包括数模转换模块1041和振动发生器1042，所述数模转换模块1041分别与所述振动发生器1042和所述微处理器模块103连接，所述振动发生器1042作用于所述光缆30。

本实施例中，所述微处理器模块103还对各所述振动传感器对应的振动时间差信号提取对应的振动特征，以及基于信号特征提取的结果，整合为单个初始数字发送信号，并将所述初始数字发送信号进行二进制转换，得到数字发送信号，并将所述数字发送信号传输至所述定频振动发生器模块104。

所述数模转换模块1041用于将所述数字发送信号中第一数值转换为第一振动波信号，并将所述第一振动波信号传输至所述振动发生器1042，以及将所述数字发送信号中第二数值转换为第二振动波信号，并将所述第二振动波信号传输至所述振动发生器1042；所述振动发生器1042用于将所述第一振动波信号转换为第一频率的微振动信号以及将所述第二振动波信号转换为第二频率的微振动信号，并将所述第一频率的微振动信号和所述第二频率的微振动信号加载到所述光缆30上。

在实际应用中，微处理器模块103在接收到信息采集模块传输来的振动数字信号后，根据各个振动传感器采集振动数字信号对应的采集时间，以及各个振动传感器之间的空间位置距离，结合当前光缆30环境下振动源的传输速度，利用传感器之间采集振动波的时间差乘以传输速度，并计算各个时间差计算结果的平均值，从而计算出振动源距离信息采集终端10的距离，进而基于计算出的时间差距离，从而基于所述时间差距离对各所述振动数字信号进行振动源距离的信号整合，生成振动时间差信号，进而对比各个振动时间差信号，将各个信号中相同振动特征信号提取出来（即其中各振动时间差信号中相同信号波形的频段提取出来，并对比不同波动信号，将不符合要求的不同波动信号进行剔除），从而将提取出来的信号整合为单个信号，得到单个初始数字发送信号，进而对整合信号振动距离等振动信号对应的十进制信号转换为对应二进制信号，得到数字发送信号，并将数字发送信号传输至定频振动发生器模块104。

定频振动发生器模块104中的数模转换模块1041在接受到数字发送信号后，对数字发送信号进行二进制数的遍历，将其中的二进制数1（即第一数值）和二进制数0（即第二数值）对应的位置和数量给提取出来，进而根据对应二进制数位的位置和数量信息生成由单个二进制数1和单个二进制数0构成的第一振动波信号和第二振动波信号，将第一振动波信号和第二振动波信号传输至振动发生器1042；进而利用振动发生器1042中预设两种振动频率（即进制数0和1分别对应的振动频率），分别将第一振动波信号利用预置的第一频率进行数模转换以及将第二振动波信号利用预置的第二频率进行数模转换，即将二进制数1的数字信号用振动发生器1042中对应的第一频率表示为频率模拟信号，以及将二进制数1的数字信号用振动发生器1042中对应的第二频率表示为频率模拟信号，从而得到第一频率的微振动信号和第二频率的微振动信号，其中微振动信号包括第一频率的微振动信号和第二频率的微振动信号；进而利用第一频率的微振动信号和第二频率的微振动信号作用于光缆30中，以对光缆30中的脉冲光信号调制，得到后向散射光信号，以及光缆30将后向散射光信号通过瑞利散射等方式传输至监测主机20。

请参阅图6，本发明第五个实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图，所述监测主机20包括解调模块201和信号分析模块202，所述解调模块201与所述信号分析模块202连接；此外基于DVS的光缆预警系统中的监测主机20还包括有光信号发射模块203等组成，其中光信号发射模块203包括光源模块2031、光信号调制器模块2032、EDFA(掺铒光纤放大器)模块2033、脉冲发生模块2034构成。

本实施例中，所述解调模块201用于接收所述光缆30传输的后向散射光信号，将所述后向散射光信号转换为高频电信号，并将所述高频电信号解调为数字基带信号，将所述数字基带信号传输至所述信号分析模块202；所述信号分析模块202用于将所述数字基带信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。

在实际应用中，解调模块201在接收到后向散射光后，通过将后向散射光进行光功率放大和光电转换，得到预设频率范围内的高频电信号，进而对高频电信进行频谱搬移，将高频的电信号搬移至基带频率范围内的基带信号，并对频谱搬移后的信号进行滤波处理，得到数字基带信号，将数字基带信号传输至信号分析模块202；进而利用信号分析模块202对数字基带信号进行频率特征分析，将其中的包含的两种频率对应的信号提取出来，并两种频率信号重新组成的对应振动信号，进行对振动信号进行信号分析，提取其中的振动强度、振动源距离等，并根据提取的结果进行振动特征匹配，从而基于匹配的振动特征生成对应的预警信息。

请参阅图7，本发明第六个实施例中基于DVS的光缆预警系统的结构示意图，所述解调模块201包括收发合路模块2011、EDFA模块2012、光电探测模块2013、模拟信号处理模块2014和数字采集模块2015；所述信号分析模块202包括数字信号处理模块2021和数据输出及显示模块2022，所述数字信号处理模块与数据输出及显示模块2022连接。

本实施例中，所述收发合路模块2011分别与所述光缆30的端部和所述EDFA模块2012连接，用于接收所述光缆30传输的后向散射光信号，并将所述后向散射光信号传输至所述EDFA模块2012；所述EDFA模块2012与所述光电探测模块2013连接，用于将所述后向散射光信号的光功率放大，并将光功率放大后的后向散射光信号传输至所述光电探测模块2013；所述光电探测模块2013与所述模拟信号处理模块2014连接，用于将所述后向散射光信号转换为高频电信号，并将所述高频电信号传输至所述模拟信号处理模块2014；所述模拟信号处理模块2014与所述数字采集模块2015连接，用于将所述高频电信号进行信号放大和信号滤波，得到基带模拟信号，并将所述基带模拟信号传输至所述数字采集模块2015；所述数字采集模块2015与所述信号分析模块202连接，用于将所述基带模拟信号模数转换为数字基带信号，并将所述数字基带信号传输至所述信号分析模块202；所述数字信号处理及控制模块用于将数字基带信号转换为对应的振动特征信息，并对所述振动特征信息进行振动特征匹配，基于特征匹配的结果，生成预警信息，并将所述预警信息传输至所述数据输出及显示模块2022；所述数据输出及显示模块2022用于将所述预警信息进行信息输出以及展示。

在实际应用中，收发合路模块2011用于将调制后待发射进光缆30的脉冲光信号发送至光缆30中传输，以及接收光缆30后向瑞利散射等返回的后向散射光，并将接收到后向散射光传输至EDFA（掺铒光纤放大器）模块；进而由于EDFA模块2012接收后向散射光的光功率太低，达不到后续信号处理要求，故需对后向散射光进行光功率放大，并将光功率放大后的后向散射光传输至光电探测模块2013中；光电探测模块2013对光功率放大后的后向散射光进行光电转换为对应频率的高频电信号，并将高频电信号传输至模拟信号处理模块2014；进而利用模拟信号处理模块2014对高频点好进行信号放大处理和进行带通滤波处理，得到所需频带范围内的基带模拟信号，并传输至数字采集模块2015中；进而数字采集模块2015将基带模拟信号进行模数转换，得到数字基带信号，并传输至数字信号处理模块2021中；进而数字信号处理模块2021对数字基带信号进行振动特特征分析，通过其中对应进制为1和0转换为对应的振动特征信号（如可将数字基带信号转换为对应的振动波信号），进而对振动特征信号进行振动源距离、振动特征匹配等分析，通过利用特征提取算法（根据不同信号强度和波动等提取其中特征信息、以及利用振动特征模型数据库来进行振动特征匹配和对比，得到振动源中的包含的多种信息），并根据特征匹配的结果，生成相应的预警信息，如基于当前振动源距离信息，生成第一距离预警信息，基于振动源类型信息，生成对应振动源类型预警信息，基于振动源强度信息，生成振动强度预警信息等，并将所有对应类型的预警信息进行整合生成整体显示的预警总信息；此外记录脉冲光信号发送时间和接收对应后向散射光对应的接收时间，基于光缆30光纤的折射率以及光缆30中光信号的传输速度，计算出振动源距离监控中心的距离，从而结合光缆30编号等，分析得到振动源所在的地点信息，并将所述地点信息添加进预警信息中，从而将预警信息传送至数据输出及显示模块2022，基于不同数据接收平台，将所述预警信息进行信息转换，并将转换后的信息发送给对应的接收平台以及展示。

综上，基于DVS的光缆预警系统包括基于光缆通信连接的信息采集终端和监测主机，信息采集终端包括振动传感矩阵模块，信息采集终端设于光缆的表面，监测主机设于光缆的端部；信息采集终端用于控制振动传感矩阵模块采集环境中产生的振动源信号和采集振动源信号对应的采集时间，以及将振动源信号进行模数转换为振动数字信号，并依据采集时间，将振动数字信号进行时间差计算以及进制转换为对应的数字发送信号，基于数字发送信号生成对应频率的微振动信号，并将微振动信号加载在光缆上，以使光缆产生后向散射光信号；监测主机用于将后向散射光信号转换为对应的数字电信号，并对数字电信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。相比于现有技术，本申请通过利用信息采集终端中的振动传感矩阵模块采集环境中的振动源信号，并对振动源信号进行模数转换以及时间差计算，得到对应的数字发送信号，并将所述数字发送信号转换为对应频率的微振动信号，从而利用微振动信号作用与终端所在的光缆，进而监测主机对收到的后向散射光进行振荡频率解调，得到对应的振动信息。实现了对通信光缆振动源信号的高精度监控，以获取当前环境中振动源对应的精确振动信息。

请参阅图8，本发明基于DVS的光缆预警系统的预警方法的一个实施例包括：

801、获取光缆中基于后向瑞利反射原理反射回来的后向散射光，以及光缆的发送与接收光信号的时间差，其中，后向散射光是通过设于光缆上的信息采集终端基于环境中的振动源信号进行信号调制后作用于光缆上所产生的后向散射光信号；

本实施例中，通过利用信息采集终端上的各振动传感器采集环境中产生的振动波信号和采集时间，生成振动源信号；利用模数转换模块，对振动源信号进行信号采样和数字化处理，得到数字振动信号；进而利用微处理器模块，将数据振动信号按照各振动传感器对应的排列方式，计算对各振动波的采集时间差，并根据采集时间差，利用各振动波产生振动源信号，从而确定各振动传感器之间的距离参数，进而根据采集时间差和距离参数，计算各振动波对应的振动距离和振动强度等信息生成初始数字发送信号，如根据多个振动传感器组成振动传感矩阵，通过计算振动波传递到各个传感器单元的时间差算法（即通过计算各个振动传感器采集到相同振动信号时的快慢程度）来计算出各振动波的采集时间差。其中预设待测光缆上边从左至右布置有m0、m1、m2三个振动传感器，而待测光缆下边从左至右布置有m3、m4、m5三个振动传感器，其中m0、m1、m2三个振动传感器和m3、m4、m5三个振动传感器直线排列，并与探测光缆平行，振动源在m0、m1、m2三个振动传感器上边的某个地点上，根据上述确定的各个振动传感器之间的距离参数，设置m0、m1之间间距为L1，m0、m1之间间距为L1，假设振动波传播速度为v。在m0~m2侧的上方有振动源S，振动源S距离m0~m2连线的垂直距离为d，在T0时刻产生振动，经过T1时刻振动波传递到m1传感器（对应距离为D1），经过T2时刻振动波传递到m0传感器对应距离为D2），D0=D2-D1=v*(T2-T1)为两个振动传感器达到时间差距离,通过直角三角形勾股定理求解得到振动源S到m0~m2连线的垂直距离d。通过利用采集时间差和距离参数，计算各振动波对应的振动距离和振动强度，进而根据振动距离和振动强度等信息，生成振动时间差信号，进而整个各振动传感器对应的振动时间差信号，生成初始数字发送信号。

对初始数字发送信号进制转换，得到对应的数字发送信号。利用模数转换模块，对振动源信号进行信号采样和数字化处理，得到数字振动信号；利用微处理器模块，将数据振动信号进行进制转换，得到对应的数字发送信号；进而将微处理器模块数字发送信号利用光纤应变的方法（如压力、振动、温度等方式），将数字发送信号上的信息调制进光缆上的脉冲光信号中，从而获取该光缆利用后向散射（如瑞利散射的方式）将脉冲光信号散射至监测主机的后向散射光。

802、对后向散射光进行光电转换以及高频信号解调，得到数字基带信号，以及根据时间差，计算出后向散射光对应的预警位置信息；

本实施例中，对对后向散射光进行光功率放大和光电转换，得到高频电信号，以及对高频电信号进行解调、滤波处理，得到数字基带信号，并根据获取监测主机发送脉冲光信号的初始时间和监测主机接收到调制后脉冲光信号的接收时间之间的时间差，基于待监测光缆中光纤对应的折射率，计算出后向散射光对应的预警位置信息，如由于光纤中脉冲激光信号速度是固定值V0=3×10⁸m/s，以及光纤的折射率为n≈1.46为光纤折射率，可知脉冲激光通过公式V1=V0/n可计算出来。假设主机在T0（初始时间）时刻向光纤中发射脉冲，计算在T1（接收时间）时刻收到背向瑞利散射信号时，可计算出对应该点L距离=V1×（T1-T0）/2,单位m。除以2是因为激光信号从主机到该点L经历了发射和接收（一个来回），从而得到光缆预警地点，进而根据该光缆预警地点和相应的预警信息进行绑定，得到新的预警位置信息。

803、根据数字基带信号，利用预置振动频率对数字基带信号进行振动频率转换，得到振动基带信号，并对振动基带信号进行进制信号分析，得到对应的振动源信号；

本实施例中，对该数字基带信号进行数字频率分析，通过将将其中的信息采集终端的信息进行提取，进而根据预置振动频率，其包括第一振动频率和第二振动频率，将其中的振动频率进制信号进行识别，进而将振动频率转换为对应的二进制的振动信号，从而对二进制的振动信号进行进制信号解析，得到对应的振动基带信号。进而对对振动基带信号进行进制信号分析，将其中包含的振动信息提取出来，得到对应的振动源信号。

804、利用振动源信号匹配预置的振动模型库中对应的振动模型，并根据匹配到的振动模型和预警位置信息，生成对应的预警信息。

本实施例中，采用预置的振动模型特征库，对振动源信号进行振动特征匹配，根据对应的振动强度和振动距离从振动模型特征库匹配对应的振动特征，如产生振动对应的事件原因、振动所需处理的优先级、振动源类型（包括但不限于如挖掘机作业、打桩机作业、人工作业等）等，进而振动特征匹配的结果和预警位置信息，生成对应的优先处理级的预警信息并进行预警信息的推送。

本发明实施例中，获取光缆的折射率、以及监测主机发送调制前的初始脉冲光信号的初始时间和监测主机接收到脉冲光信号的接收时间；利用折射率、初始时间和接收时间，计算出光缆预警地点，并添加至预警信息；识别数字电信号中预置振动频率区间的信号特征，并对频率电信号进行进制信号分析，得到对应的振动源信号；利用振动源信号匹配预置的振动模型库中对应的振动模型，并根据匹配到的振动模型，确定对应的预警信息。相比于现有技术，本申请通过对后向散射的脉冲光信号进行分析，将其中的振动频率信息进行解析，并利用模型对解析结果匹配对应的振动特征，从而生成对应的预警信息。实现了对振动信息匹配对应的预警处理方案和对待监测光缆的高准确度的监测处理。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述基于DVS的光缆预警系统包括基于光缆通信连接的信息采集终端和监测主机，所述信息采集终端包括振动传感矩阵模块，所述振动传感矩阵模块包括多个在空间位置上相对设置的振动传感器，所述振动传感器与所述光缆相隔预置距离的上端平行线位置和下端平行线位置，各所述振动传感器分别用于采集环境中产生的振动波以及对应的采集时间，所述信息采集终端设于所述光缆的表面，所述监测主机设于所述光缆的端部；

所述信息采集终端用于控制所述振动传感矩阵模块采集环境中产生的振动源信号和采集振动源信号对应的采集时间，以及将所述振动源信号进行模数转换为振动数字信号，并基于各所述振动传感器的空间位置和对应的采集时间，计算各所述振动传感器之间振动波对应的采集距离以及采集时间差，并根据所述采集距离以及所述采集时间差，计算所述振动波对应的振动源相对于所述振动传感矩阵模块的时间差距离，以及基于所述时间差距离对各所述振动数字信号进行振动源距离的信号整合，生成振动时间差信号，并对各所述振动传感器对应的振动时间差信号提取对应的振动特征，以及基于信号特征提取的结果，整合为单个初始数字发送信号，并将所述初始数字发送信号进行二进制转换，得到数字发送信号，将所述数字发送信号中第一数值转换为第一振动波信号，以及将所述数字发送信号中第二数值转换为第二振动波信号，将所述第一振动波信号转换为第一频率的微振动信号以及将所述第二振动波信号转换为第二频率的微振动信号，得到待加载的微振动信号，并将所述待加载的微振动信号加载在所述光缆上，以使所述光缆产生后向散射光信号；

所述监测主机用于将所述后向散射光信号转换为对应的数字电信号，并对所述数字电信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。

2.根据权利要求1所述的基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述信息采集终端包括信号采集模块、微处理器模块和定频振动发生器模块，所述信号采集模块包括模数转换电路，所述振动传感矩阵模块与所述模数转换电路连接，所述模数转换电路与所述微处理器模块连接，所述微处理器模块与所述定频振动发生器模块连接，所述定频振动发生器模块作用于所述光缆；

所述模数转换电路用于将所述振动传感矩阵模块传输的所述振动源信号模数转换为所述振动数字信号，并将所述振动数字信号传输至所述微处理器模块；

所述微处理器模块用于依据所述采集时间，将所述振动数字信号进行时间差计算，并根据计算的结果将所述振动数字信号调制成数字发送信号，并将所述数字发送信号传输至所述定频振动发生器模块；

所述定频振动发生器模块用于将所述数字发送信号转换为所述微振动信号，以及将所述微振动信号加载在所述光缆上。

3.根据权利要求2所述的基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述振动传感矩阵模块用于将采集环境中产生的对应振动强度的振动波转换为对应信号强度的模拟电信号，并基于所述模拟电信号生成振动源信号，以及记录生成所述振动源信号对应的采集时间，将各所述振动源信号传输至所述模数转换电路。

4.根据权利要求2所述的基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述微处理器模块基于各所述振动传感器的空间位置和对应的采集时间，计算各所述振动传感器之间振动波对应的采集距离以及采集时间差，并根据所述采集距离以及所述采集时间差，计算所述振动波对应的振动源相对于所述振动传感矩阵模块的时间差距离；

所述微处理器模块基于所述时间差距离对各所述振动数字信号进行振动源距离的信号整合，生成振动时间差信号。

5.根据权利要求4所述的基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述微处理器模块还用于对各所述振动传感器对应的振动时间差信号提取对应的振动特征，以及基于信号特征提取的结果，整合为单个初始数字发送信号，并将所述初始数字发送信号进行二进制转换，得到数字发送信号，并将所述数字发送信号传输至所述定频振动发生器模块，其中，所述初始数字发送信号包括振动信息，所述振动信息包括振动波频率、振动源位置、振动源相对于振动传感矩阵模块的相对距离。

6.根据权利要求2所述的基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述定频振动发生器模块包括数模转换模块和振动发生器，所述数模转换模块分别与所述振动发生器和所述微处理器模块连接，所述振动发生器作用于所述光缆；

所述数模转换模块用于将所述数字发送信号中第一数值转换为第一振动波信号，并将所述第一振动波信号传输至所述振动发生器，以及将所述数字发送信号中第二数值转换为第二振动波信号，并将所述第二振动波信号传输至所述振动发生器；

所述振动发生器用于将所述第一振动波信号转换为第一频率的微振动信号以及将所述第二振动波信号转换为第二频率的微振动信号，并将所述第一频率的微振动信号和所述第二频率的微振动信号加载到所述光缆上。

7.根据权利要求1所述的基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述监测主机包括解调模块和信号分析模块，所述解调模块与所述信号分析模块连接；

所述解调模块用于接收所述光缆传输的后向散射光信号，将所述后向散射光信号转换为高频电信号，并将所述高频电信号解调为数字基带信号，将所述数字基带信号传输至所述信号分析模块；

所述信号分析模块用于将所述数字基带信号进行频率特征分析和振动特征匹配，得到对应的预警信息。

8.根据权利要求7所述的基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述解调模块包括收发合路模块、EDFA模块、光电探测模块、模拟信号处理模块和数字采集模块，所述收发合路模块分别与所述光缆的端部和所述EDFA模块连接，所述EDFA模块与所述光电探测模块连接，所述光电探测模块与所述模拟信号处理模块连接，所述模拟信号处理模块与所述数字采集模块连接，所述数字采集模块与所述信号分析模块连接；

所述收发合路模块用于接收所述光缆传输的后向散射光信号，并将所述后向散射光信号传输至所述EDFA模块；

所述EDFA模块用于将所述后向散射光信号的光功率放大，并将光功率放大后的后向散射光信号传输至所述光电探测模块；

所述光电探测模块用于将所述后向散射光信号转换为高频电信号，并将所述高频电信号传输至所述模拟信号处理模块；

所述模拟信号处理模块用于将所述高频电信号进行信号放大和信号滤波，得到基带模拟信号，并将所述基带模拟信号传输至所述数字采集模块；

所述数字采集模块用于将所述基带模拟信号模数转换为数字基带信号，并将所述数字基带信号传输至所述信号分析模块。

9.根据权利要求7所述的基于DVS的光缆预警系统，其特征在于，所述信号分析模块包括数字信号处理模块和数据输出及显示模块，所述数字信号处理模块与数据输出及显示模块连接；

所述数字信号处理模块用于将数字基带信号转换为对应的振动特征信息，并对所述振动特征信息进行振动特征匹配，基于特征匹配的结果，生成预警信息，并将所述预警信息传输至所述数据输出及显示模块；

所述数据输出及显示模块用于将所述预警信息进行信息输出以及展示。

10.一种应用于权利要求1-9任一项中所述基于DVS的光缆预警系统的预警方法，其特征在于，所述预警方法包括：

获取光缆中基于后向瑞利反射原理反射回来的后向散射光，以及所述光缆的发送与接收光信号的时间差，其中，所述后向散射光是通过设于所述光缆上的信息采集终端基于环境中的振动源信号进行信号调制后作用于所述光缆上所产生的后向散射光信号；

对所述后向散射光进行光电转换以及高频信号解调，得到数字基带信号，以及根据所述时间差，计算出所述后向散射光对应的预警位置信息；

根据所述数字基带信号，利用预置振动频率对所述数字基带信号进行振动频率转换，得到振动基带信号，并对振动基带信号进行进制信号分析，得到对应的振动源信号；

利用所述振动源信号匹配预置的振动模型库中对应的振动模型，并根据匹配到的振动模型和所述预警位置信息，生成对应的预警信息。

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