CN116996117A - 一种适用于通信光缆的线路故障检测方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于通信光缆故障检测技术领域，提供了一种适用于通信光缆的线路故障检测方法，包括：服务器利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号；基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点。本方法通过模极大值法对反射回来的光功率信号进行去噪处理，根据去噪重构的光功率信号来判断通信光缆的线路故障点，可以快速准确地判断通信光缆的线路上的故障点。

Description

一种适用于通信光缆的线路故障检测方法以及装置

技术领域

本申请属于通信光缆运维技术领域，尤其涉及一种适用于通信光缆的线路故障检测方法以及装置。

背景技术

由于光线传感具有传输距离长、灵敏度高以及定位精准等优势，被广泛应用于我国通信光缆领域。但是，随着光通信技术的飞速发展，光纤的应用规模和应用领域以及应用环境等都发生了明显的变化，对通信线路的安全性、稳定性以及畅通性等提出了更高的要求，一旦通信光纤线路出现故障，不仅会给企业造成相应的经济损失，也会导致通信终端或危害国家公共安全等问题。

现阶段，光时域反射仪广泛运用于通信光缆检测，它的主要工作原理是通过全面检测返回曲线的情况，对通信光缆线路存在的故障点进行定位。然而，在实际应用过程中，受通信光缆所产生的噪声和部分有用信号的影响，光时域反射仪(OTDR)在定位通信光缆故障点时，普遍存在着分析结果误差较大的稳定，准确性和实效性等都处于一个相对较低的水平。

因此，如何快速检测和定位通信光缆故障点，是目前急需解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了适用于通信光缆的线路故障检测方法、装置以及存储介质，可以快速检测和定位通信光缆故障点。

第一方面，本申请实施例提供了一种适用于通信光缆的线路故障检测方法，包括：利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号；基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号，包括以下步骤：利用目标随机函数对所述光功率信号进行小波分解，获取所述光功率信号在每一变换尺度下的小波系数的模极大值；基于所述模极大值以及预设系数阈值，获取每一变换尺度下的更新模极大值；基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述目标随机函数为低通平稳随机函数θ(t)，且所述低通平稳随机函数θ(t)满足以下条件：

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基于所述小波系数与预设系数阈值之间的大小关系，对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号，之前包括：基于最大准则以及最小准则，在所述不同变换尺度下的小波系数中确定出预设系数阈值。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述所述基于所述模极大值以及预设系数阈值，获取每一变换尺度下的更新模极大值，包括；获取所述光功率信号的变换尺度，所述变换尺度S＝2^J，J＝1,2,...N；当利用第一变换尺度S＝2^N对所述光功率信号进行小波变换时，保留所述小波变换系数上大于所述预设系数阈值的第一更新模极大值点，并确定各个所述第一模极大值点的第一邻域；当利用第二变换尺度S＝2^N-1时对所述光功率信号进行小波变换时，保留第一邻域内的模极大值点得到第二更新模极大值点，并确定所述第二更新模极大值点的第二邻域；重复上述步骤，直至当利用第二变换尺度S＝2时对所述光功率信号进行小波变换时，保留第N-1邻域内的模极大值点得到第N更新模极大值点。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号，包括：基于所述第一更新模极大值点、所述第二更新模极大值点直至所述第N更新模极大值点对应的小波系数，重构所述光功率信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号，包括：基于所述第一更新模极大值点、所述第二更新模极大值点直至所述第N更新模极大值点对应的小波系数，重构所述光功率信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号，包括以下步骤：根据设定的阈值初步判定反射事件区间，获取判定结果；在所述判定结果中除去噪声引起的伪事件，获取反射事件的起始位置。

第二方面，本申请实施例提供了一种适用于通信光缆的线路故障检测装置，包括：信号采集模块，其用于利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号；降噪模块，其用于基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；故障判断模块，其用于基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号；基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述适用于通信光缆的线路故障检测方法。

可以理解的是，上述第二方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述适用于通信光缆的线路故障检测方法、装置、存储介质以及计算机程序产品，服务器与光时域反射仪(OTDR)电连接，先讲利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号，服务器接收待测光纤反射的光功率信号，再基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；最后基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点，本实施例通过模极大值法对反射回来的光功率信号进行去噪处理，根据去噪重构的光功率信号来判断通信光缆的线路故障点，可以快速准确地判断通信光缆的线路上的故障点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本邻域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例中适用于通信光缆的线路故障检测方法的流程示意图；

图2是本申请一实施例中去噪步骤的流程示意图；

图3是本申请一实施例提供的模极大值更新步骤的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种适用于通信光缆的线路故障检测方法，包括以下步骤：

S1，利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集光脉冲信号在待测光纤中反射的光功率信号。

其中，OTDR作为使用频率最高、适用范围最广的光纤测试仪表，被广泛运用于通信光缆线路的故障点检测和定位等工作中，为通信光缆抢修人员及时、准确地开展维修工作提供了准确地参考信息。

具体地，在连接OTDR和被检测光纤后，OTDR会向被检测光纤内发射测试所用的激光脉冲。其中，OTDR运用菲涅尔反射原理，一旦发送端探测到背向反射的光，就可以判断出前后端面回波脉冲，根据接收反射回来的光功率信号的时间间隔判断出故障点距离测试点的光纤长度值。

服务器与OTDR相连接，接收OTDR传输的经待测光纤反射回的光功率信号。

S2，基于模极大值算法对光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号。

具体地，服务器利用目标随机函数对光功率信号进行小波分解，获取光功率信号在每一变换尺度下的小波系数的模极大值点；再利用模极大值点以及预设系数阈值，获取每一变换尺度下的更新模极大值；最后利用更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号。

S3，基于降噪后的光功率信号的曲线特性，获取待测光纤的故障类型以及故障点。

需要说明的是，在对光缆线路故障进行定位和检测的过程中，通常需要先检查是不是因为光纤断裂、电源终端等外部原因引起的线路故障，随后再排查传输设备存在的故障问题。其中，引起光缆线路故障最常见的原因有外部原因和内部原因，外部原因的判断标准是光板侧发出R—Los告警，则预示着光缆可能被现挖断或拉断；而内部原因则是由某个系统发布误码告警，该信号的出现预示着光缆铺设和接续过程中，可能出现线路衰耗不稳定、连接器不正确连接以及光缆被轻微污染等。

上述通信光缆可能发生的故障均可以通过服务器接收的光功率信号的曲线特征进行判断，但是由于光功率信号在光缆中传播会受到噪声信号的干扰，因此噪声信号的掺入会导致显示在服务器或者OTDR显示屏上的光功率信号的曲线特征不明显，无法对光缆中出现故障的地点以及故障类型进行准确判断。本实施例中通过模极大值法对该光功率信号进行去噪处理，可以快速准确地去除经待测光纤反射的光功率信号中的噪声信号，使得光功率信号的曲线特征更加明显，也可以使得曲线特征变化点更加明显，从而对故障点距离测试点的距离的判断更加准确。

在一个实施例中，如图2所示，步骤S2包括：

S201，利用目标随机函数对光功率信号进行小波分解，获取光功率信号在每一变换尺度下的小波系数的模极大值点；

其中，目标随机函数可以是低通平稳随机函数θ(t)，且所述低通平稳随机函数θ(t)满足以下条件：

具体地，服务器以低通平稳随机函数θ(t)为基波函数，将该光功率信号展开N层级分解，并计算不同变换尺度下的分解信号的模极大值点，可以理解的是，模极大值点包含距测试点的距离参数。

S202，基于模极大值点以及预设系数阈值，获取每一变换尺度下的更新模极大值；

具体地，服务器基于对该光功率信号进行分解的层级N获取该光功率信号的变换尺度，该变换尺度可以表示为S＝2^J，J＝1,2,...N；当利用第一变换尺度S＝2^N对该光功率信号进行小波变换时，保留小波变换系数上大于预设系数阈值的第一更新模极大值点，并确定各个第一模极大值点的第一邻域；当利用第二变换尺度S＝2^N-1时对该光功率信号进行小波变换时，保留第一邻域内的模极大值点得到第二更新模极大值点，并确定第二更新模极大值点的第二邻域；重复上述步骤，直至当利用第二变换尺度S＝2时对该光功率信号进行小波变换时，保留第N-1邻域内的模极大值点得到第N更新模极大值点。

S203，基于更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号。

根据记录下来的模极大值和机制位置，将小波系数进行重构，再利用重构后的小波系数开展逆变换操，最终实现获取降噪信号的目的。

本实施例中通过模极大值法对该光功率信号进行去噪处理，可以快速准确地去除经待测光纤反射的光功率信号中的中的噪声信号，使得光功率信号的曲线特征更加明显，也可以使得曲线特征变化点更加明显，从而对故障点距离测试点的距离的判断更加准确。

在一实施例中，如图3所示步骤S202包括：

S2021，获取光功率信号的变换尺度，变换尺度S＝2^J，J＝1,2,...N；

S2022，当利用第一变换尺度S＝2^N对光功率信号进行小波变换时，保留小波变换系数上大于预设系数阈值的第一更新模极大值点，并确定各个第一模极大值点的第一邻域；

具体地，服务器从最大变换尺度N开始，利用第一变换尺度S＝2^N对光功率信号进行小波变换时，把在该尺度上的小于预设系数阈值的模极大值点去掉，保留在该尺度上大于或者等于预设系数阈值的模极大值点，从而得到一组新的模极大值点，也就是更新模极大值点，然后再作出更新模极大值点的第一邻域N(t,s)。

S2023，当利用第二变换尺度S＝2^N-1对光功率信号进行小波变换时，保留第一邻域内的模极大值点得到第二更新模极大值点，并确定第二更新模极大值点的第二邻域；

当利用第二变换尺度S＝2^N-1对光功率信号进行小波变换时，计算出在该变换尺度下的模极大值点，并在该模极大值点中选择位于第一邻域N(t,s)的模极大值点，并将这种模极大值点确定为第二极大值点。

S2024，重复上述步骤，直至当利用第N变换尺度S＝2时对光功率信号进行小波变换时，保留第N-1邻域内的模极大值点得到第N更新模极大值点。

重复上述步骤，直至当利用第N变换尺度S＝2时对光功率信号进行小波变换时，保留第N-1邻域内的模极大值点得到第N更新模极大值点。

在本实施例中，利用模极大值法对光功率信号进行去噪，可以本实施例通过模极大值法对反射回来的光功率信号进行去噪处理，根据去噪重构的光功率信号来判断通信光缆的线路故障点，可以快速准确地判断通信光缆的线路上的故障点。

在一实施例中，基于小波系数与预设系数阈值之间的大小关系，对光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号，之前包括：

基于最大准则以及最小准则，在不同变换尺度下的小波系数中确定出预设系数阈值。

具体地，服务器利用目标随机函数对光功率信号进行小波分解，获取光功率信号在每一变换尺度下的小波系数的模极大值点以及模极小值点，并且获取在每一变换尺度下的模极大值以及模极小值，在模极大值以及模极小值之间确定出预设系数阈值。

在本实施例中，该预设系数阈值的设定有利于提升小波系数在小波区域内的光滑度，继而增强检测结果的准确性。

在一申请实施例中，基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号，包括以下步骤：根据设定的阈值初步判定反射事件区间，获取判定结果；在判定结果中除去噪声引起的伪事件，获取反射事件的起始位置利用文章所介绍的去噪方式对获取的信息进行去噪处理，并完成数据的重构操作。

具体地，通过比较含噪声原始光功率信号采集情况和重构操作后的光功率信号，可发现重构后的光功率信号均是因线芯弯曲、光纤断裂等问题导致的，所以，重构后的信息可以直观地反映出通信光缆线路的故障点位置。值得关注的是，一旦剔除了相应的噪声之后，局部信号波段并不是处于失真的状态，也就是说，小波变换模极大值法能有效实现去除噪声的目的，且重构后的信号十分接近于原信号，能够有效完成去除噪声。

应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的适用于通信光缆的线路故障检测装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个适用于通信光缆的线路故障检测装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于适用于通信光缆的线路故障检测方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种适用于通信光缆的线路故障检测装置，该装置包括：

信号采集模块，其用于利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号；

降噪模块，其用于基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；

故障判断模块，其用于基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点。

上述适用于通信光缆的线路故障检测装置，该装置中适用于通信光缆的线路故障检测方法、装置、存储介质以及计算机程序产品，服务器与光时域反射仪(OTDR)电连接，先讲利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号，服务器接收待测光纤反射的光功率信号，再基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；最后基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点，本实施例通过模极大值法对反射回来的光功率信号进行去噪处理，根据去噪重构的光功率信号来判断通信光缆的线路故障点，可以快速准确地判断通信光缆的线路上的故障点。

在一个实施例中，降噪模块包括：模极大值点获取子模块，其用于利用目标随机函数对所述光功率信号进行小波分解，获取所述光功率信号在每一变换尺度下的小波系数的模极大值点；更新模块，其用于基于所述模极大值点以及预设系数阈值，获取每一变换尺度下的更新模极大值；信号重构子模块，其用于基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号。

在一个实施例中，所述目标随机函数为低通平稳随机函数θ(t)，且所述低通平稳随机函数θ(t)满足以下条件：

在一实施例中，所述降噪子模块还用于基于最大准则以及最小准则，在所述不同变换尺度下的小波系数中确定出预设系数阈值。

在一实施例中，所述更新子模块包括：

变换尺度获取单元，其用于获取所述光功率信号的变换尺度，所述变换尺度S＝2^J，J＝1,2,...N；

第一邻域获取单元，其用于当利用第一变换尺度S＝2^N对所述光功率信号进行小波变换时，保留所述小波变换系数上大于所述预设系数阈值的第一更新模极大值点，并确定各个所述第一模极大值点的第一邻域；

第二邻域获取单元，其用于当利用第二变换尺度S＝2^N-1对所述光功率信号进行小波变换时，保留第一邻域内的模极大值点得到第二更新模极大值点，并确定所述第二更新模极大值点的第二邻域；

模极大值更新单元，其用于重复上述步骤，直至当利用第N变换尺度S＝2时对所述光功率信号进行小波变换时，保留第N-1邻域内的模极大值点得到第N更新模极大值点。上述基于双尾鳍船舶的阻力性能优化装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本邻域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种适用于通信光缆的线路故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：

利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号；

基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；

基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点。

2.如权利要求1所述的适用于通信光缆的线路故障检测方法，其特征在于，基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号，包括以下步骤：

利用目标随机函数对所述光功率信号进行小波分解，获取所述光功率信号在每一变换尺度下的小波系数的模极大值点；

基于所述模极大值点以及预设系数阈值，获取每一变换尺度下的更新模极大值；

基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号。

3.如权利要求2所述的适用于通信光缆的线路故障检测方法，其特征在于，所述目标随机函数为低通平稳随机函数θ(t)，且所述低通平稳随机函数θ(t)满足以下条件：

4.如权利要求1所述的适用于通信光缆的线路故障检测方法，其特征在于，所述基于所述小波系数与预设系数阈值之间的大小关系，对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号，之前包括：

基于最大准则以及最小准则，在所述不同变换尺度下的小波系数中确定出预设系数阈值。

5.如权利要求3所述的适用于通信光缆的线路故障检测方法，其特征在于，所述基于所述模极大值以及预设系数阈值，获取每一变换尺度下的更新模极大值，包括：

获取所述光功率信号的变换尺度，所述变换尺度S＝2^J，J＝1,2,...N；

当利用第一变换尺度S＝2^N对所述光功率信号进行小波变换时，保留所述小波变换系数上大于所述预设系数阈值的第一更新模极大值点，并确定各个所述第一模极大值点的第一邻域；

当利用第二变换尺度S＝2^N-1对所述光功率信号进行小波变换时，保留第一邻域内的模极大值点得到第二更新模极大值点，并确定所述第二更新模极大值点的第二邻域；

重复上述步骤，直至当利用第N变换尺度S＝2时对所述光功率信号进行小波变换时，保留第N-1邻域内的模极大值点得到第N更新模极大值点。

6.如权利要求5所述的适用于通信光缆的线路故障检测方法，其特征在于，所述基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号，包括：

基于所述第一更新模极大值点、所述第二更新模极大值点直至所述第N更新模极大值点对应的小波系数，重构所述光功率信号。

7.如权利要求5所述的适用于通信光缆的线路故障检测方法，其特征在于，所述基于所述更新模极大值对应的小波系数进行重构信号，获取降噪后的光功率信号，包括以下步骤：根据设定的阈值初步判定反射事件区间，获取判定结果；在所述判定结果中除去噪声引起的伪事件，获取反射事件的起始位置。

8.一种适用于通信光缆的线路故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：

信号采集模块，其用于利用OTDR将光脉冲信号注入待测光纤中，采集所述光脉冲信号在所述待测光纤中反射的光功率信号；

降噪模块，其用于基于模极大值算法对所述光功率信号进行降噪处理，获取降噪后的光功率信号；

故障判断模块，其用于基于所述降噪后的光功率信号的曲线特性，获取所述待测光纤的故障类型以及故障点。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。