CN117240350A - 事件检测装置及事件检测方法 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，其目的在于在保持距离分辨率的同时，提高SN比，并高精度地检测事件发生部位。本发明所涉及的事件检测装置具备：OTDR波形获取部，获取被测定光纤的OTDR波形；特征量提取部，对所述OTDR波形进行小波变换，生成以各小波系数为特征量的尺度图；峰值提取部，根据所述OTDR波形来计算噪声阈值，根据所述噪声阈值，从所述尺度图上的所述特征量提取峰值并生成峰图；及事件识别部，从所述峰图中识别所述被测定光纤内的事件。

Description

事件检测装置及事件检测方法
技术领域
本发明涉及一种使用小波变换来分析OTDR波形，并检测被测定光纤内的事件的事件检测装置及事件检测方法。
背景技术
作为检测被测定光纤内的缺陷位置和开放端位置的装置，已知有OTDR(OpticalTime Domain Reflectometer：光时域反射仪)装置。在OTDR装置中，测定从被测定光纤的一端射入的光脉冲的反响散射光的强度，并使用测定结果来推算出缺陷位置和开放端位置等(例如，参考专利文献1。)。
具体而言，在相关技术所涉及的装置中，对被测定光纤射入光脉冲，测定被测定光纤内的各位置的反响散射光强度。按被测定光纤内的每个位置，计算隔着该位置的距规定的距离的2个点之间的反响散射光强度的差量。然后，根据所计算出的差量的最大值或最小值的位置来推算出缺陷位置和开放端位置等。
专利文献1：日本特公平05-079134
在相关技术中，若使反响散射光强度的移动平均的窗口宽度变窄，则距离分辨率得到提高，但是容易受到噪声的影响。相反，若使窗口宽度变宽，则噪声的影响变少，但是距离分辨率变差。因此，在相关技术中，在抑制噪声的影响并提高SN比与提高距离分辨率之间存在此消彼长的关系，从而具有难以提高两者的课题。即，在相关技术中，具有无法在保持距离分辨率的同时，提高SN比，并高精度地检测缺陷位置和开放端位置等事件发生部位的课题。
发明内容
为了解决所述课题，本发明的目的在于在保持距离分辨率的同时，提高SN比，并高精度地检测事件发生部位。
为了实现上述目的，本发明的事件检测装置及事件检测方法中，使用小波变换来分析OTDR波形，并检测被测定光纤内的事件。
具体而言，本发明所涉及的事件检测装置具备：
OTDR波形获取部，获取被测定光纤的OTDR波形；
特征量提取部，对所述OTDR波形进行小波变换，生成以各小波系数为特征量的尺度图(scalogram)；
峰值提取部，根据所述OTDR波形来计算噪声阈值，根据所述噪声阈值，从所述尺度图上的所述特征量提取峰值并生成峰图；及
事件识别部，从所述峰图中识别所述被测定光纤内的事件。
在本发明所涉及的事件检测装置中可以为如下，
所述特征量提取部使比例尺的值以每21/2倍增加。
在本发明所涉及的事件检测装置中可以为如下，
所述峰值提取部具有上限噪声阈值及下限噪声阈值作为所述噪声阈值，在所述尺度图上，仅提取所述上限噪声阈值以上的所述特征量及所述下限噪声阈值以下的所述特征量作为所述峰值，生成将所提取的所述峰值根据其值由多种类型的图标表示的所述峰图，
所述事件识别部在所述峰图上，根据所述图标的种类及所述图标间距离来将所述图标彼此用线连结，在比例尺方向上连接了线的情况下，判断为在所述线所在的距离中发生了事件。
具体而言，本发明所涉及的事件检测方法包括：
OTDR波形获取步骤，获取被测定光纤的OTDR波形；
特征量提取步骤，对所述OTDR波形进行小波变换，生成以各小波系数为特征量的尺度图；
峰值提取步骤，根据所述OTDR波形来计算噪声阈值，根据所述噪声阈值，从所述尺度图上的所述特征量提取峰值并生成峰图；及
事件识别步骤，从所述峰图中识别所述被测定光纤内的事件。
本发明所涉及的事件检测方法可以为如下，
在所述特征量提取步骤中，使比例尺的值以每21/2倍增加。
本发明所涉及的事件检测方法可以为如下，
在所述峰值提取步骤中，具有上限噪声阈值及下限噪声阈值作为所述噪声阈值，在所述尺度图上，仅提取所述上限噪声阈值以上的所述特征量及所述下限噪声阈值以下的所述特征量作为所述峰值，生成将所提取的所述峰值根据其值由多种类型的图标表示的所述峰图，
在所述事件识别步骤中，在所述峰图上，根据所述图标的种类及所述图标间距离来将所述图标彼此用线连结，在比例尺方向上连接了线的情况下，判断为在所述线所在的距离中发生了事件。
另外，上述各发明能够尽可能地组合。
发明效果
根据本发明，能够在保持距离分辨率的同时，提高SN比，并高精度地检测事件发生部位。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的事件检测装置的概略结构的一例。
图2表示实施方式1所涉及的事件检测装置所获取的OTDR波形的一例。
图3表示实施方式1所涉及的尺度图的一例。
图4表示实施方式1所涉及的峰图的一例。
图5表示利用以往的微分法的OTDR波形的分析结果的一例。
图6表示利用本发明的小波变换的OTDR波形的分析结果的一例。
图7是说明峰图上的图标彼此的连接线的图。
图8是说明峰图上的图标彼此的连接线的图。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明并不限定于以下所示的实施方式。这些实施例仅是例示，本发明能够以根据本领域技术人员的知识实施了各种变更、改进的形态实施。另外，在本说明书及附图中附图标记相同的构成要件表示相互相同。
(实施方式1)
将本实施方式所涉及的事件检测装置的概略结构的一例示于图1中。本实施方式所涉及的事件检测装置具备：
OTDR波形获取部11，获取被测定光纤20的OTDR波形；
特征量提取部12，对OTDR波形进行小波变换，生成以各小波系数为特征量的尺度图；
峰值提取部13，根据OTDR波形来计算噪声阈值，根据噪声阈值，从尺度图上的特征量提取峰值并生成峰图；及
事件识别部14，从峰图中识别被测定光纤20内的事件。
(OTDR波形获取步骤)
OTDR波形获取部11获取来自被测定光纤20的OTDR波形。例如，OTDR波形获取部11从被测定光纤20的一端射入光脉冲，获取从射入了光脉冲的被测定光纤20的一端输出的反响散射光的强度的时间分布作为OTDR波形。将OTDR波形的一例示于图2中。以下，将“从射入了光脉冲的被测定光纤20的一端到反响散射光的发生点的距离”作为“距离”。
(特征量提取步骤)
特征量提取部12使用式(1)对OTDR波形获取部11所获取的OTDR波形进行小波变换，求出小波系数X(a，b)。
[数式1]
在此，a表示比例尺、b表示距离位移、x(t)表示OTDR波形、ψ横杠表示母小波。特征量提取部12将小波系数X(a，b)作为距离b中的比例尺a的特征量来处理。
特征量提取部12可以使用哈尔函数作为母小波来进行所述小波变换。通过使用哈尔函数，能够抑制小波变换的计算量。另外，母小波并不限定于此，可以是其他函数。
并且，特征量提取部12可以将n设为2以上的整数，使比例尺a的值以每21/n倍增加。通过增加n，能够在使尺度图的频率方向的分辨率变细1/n的同时，抑制计算量。
利用图3，对从图2所示的OTDR波形获取的特征量X(a，b)进行说明。所获取的特征量X(a，b)能够由将纵轴作为比例尺a的编号、将横轴作为距离的如图3所示的尺度图表示。在此，比例尺a的编号是指，离散地取比例尺a，按值从小到大的顺序从0开始分配整数时的编号。并且，在图3中，随着颜色变黑而表示特征量的绝对值大，随着颜色变白而表示特征量接近0。另外，在图3中，为了便于理解，记载为特征量的绝对值越大的部分越黑，但是黑色部分包括正负值。
(峰值提取步骤)
峰值提取部13根据OTDR波形获取部11所获取的OTDR波形，按每个比例尺a求出噪声阈值。在本实施方式中，使用对正值的特征量的噪声阈值Tua(以下，将“对正值的特征量的噪声阈值Tua”简称为“上限噪声阈值Tua”。)及对负值的特征量的噪声阈值Tda(以下，将“对负值的特征量的噪声阈值Tda”简称为“下限噪声阈值Tda”。)，作为噪声阈值。上限噪声阈值Tua根据式(2)来计算，下限噪声阈值Tda根据式(3)来计算。
[数式2]
[数式3]
在式(2)及式(3)中，kΔ表示传输损耗阈值系数、ya横杠(x)表示对OTDR波形以相当于比例尺a的窗口宽度执行移动平均的波形数据[dBm]。并且，Ta(x)使用式(4)来计算，Δa使用式(5)来计算。
[数式4]
[数式5]
在式(4)中，x表示距离[km]、rta表示执行比例尺a的小波变换时的热噪音的标准偏差的减小率、ria表示执行比例尺a的小波变换时的强度噪音的标准偏差的减小率、σt表示热噪音的标准偏差、Ri表示相对于强度的强度噪音的标准偏差的比例系数、kΔ表示传输损耗阈值系数、kt表示热噪音阈值系数、ki表示强度噪音阈值系数。在此，式(4)的σt及Ri可以从OTDR波形的噪声部分、例如光强度接近零的部分求出σt，并从SN比接近零的部分求出Ri。
在式(5)中，δ表示采样分辨率[km]、A表示传输损耗[dB/km]。
峰值提取部13提取超过噪声阈值的特征量作为峰值而制作峰图。在此，所谓超过噪声阈值的特征量，在特征量为正的情况下，是指上限噪声阈值以上的特征量，在特征量为负的情况下，是指下限噪声阈值以下的特征量。将峰图的一例示于图4中。峰值提取部13可以根据超过噪声阈值的程度来改变表示峰值的图标的种类。在图4中，将上限噪声阈值的2倍的值以上的峰值及下限噪声阈值的2倍的值以下的峰值设为菱形图标。在图4中，用圆圈标绘了上限噪声阈值以上但小于上限噪声阈值的2倍的值的峰值、及下限噪声阈值以下但大于下限噪声阈值的2倍的值的峰值。对于峰图上的线及三角图标，将在后面进行叙述。另外，图标为一例，并不限定于此。
(事件识别步骤)
事件识别部14在峰图上，根据图标的种类及图标间距离来将图标彼此用线连结。在本实施方式中，从比例尺高的图标开始依次将该图标与一定距离以内的图标用线连结。此时，菱形图标彼此及菱形图标与圆圈图标彼此可以无条件地连结线。并且，在圆圈图标彼此的情况下，也可以仅在至少任一个圆圈图标处于包括菱形图标的线上的情况下将圆圈图标彼此用线连结。在图4中，将连结菱形图标彼此的线设为实线，除此以外设为虚线。并且，成为线的比例尺小的侧的終端的图标变更为三角图标。
在此，利用图7及图8，对在比例尺编号连续的2个比例尺分别有图标时的图标彼此的连接线进行说明。在图7(a)及图7(b)中，在比例尺编号j上有图标P2及P3，在比例尺编号j-1上有图标P1。比例尺编号j的图标P2处于比例尺编号j-1的图标P1的距离方向的规定范围R1内。因此，事件识别部14将比例尺编号j的图标P2与比例尺编号j-1的图标P1用线连结。比例尺编号j的图标P3不在比例尺编号j-1的图标P1的距离方向的规定范围R1内。因此，事件识别部14不将比例尺编号j的图标P3与比例尺编号j-1的图标P1用线连结。并且，如图7(b)所示，在比例尺编号j-1的图标P1的距离方向的规定范围R1内有多个图标P2及P3的情况下，事件识别部14可以仅将与比例尺编号J-1的图标P1距离最近的比例尺编号j的图标P3与比例尺编号j-1的图标P1用线连结。
在图8中，在比例尺编号j上有图标P2，在比例尺编号j-1上有图标P1及P4。图8为在比例尺编号.j-1的图标P1的距离方向的规定范围R1及比例尺编号j-1的图标P4的距离方向的规定范围R4内均包括比例尺编号j的图标P2的情况。在这种情况下，事件识别部14可以将比例尺编号j-1的图标P1与比例尺编号j的图标P2用线连结，并且可以将比例尺编号j-1的图标P4与比例尺编号.j的图标P2用线连结。
事件识别部14在峰图上在比例尺方向上连接了线的情况下，判断为在比例尺方向上连接了线所在的距离中，在被测定光纤20内发生了事件。并且，事件发生的条件可以设为如下：按峰图上的每个图标或线的种类加权，并在具有根据线上的图标的种类或线的种类计算的合计权重成为规定的值以上的线的情况下，判断为在该线所在的距离中发生了事件等。例如，在图4中，可以将实线设为权重2，将虚线设为权重1。此时，可以判断为，在权重成为5以上的线所在的距离中发生了事件。
对于利用以往的微分法的事件检测结果，示于图5中。在微分法中，如前所述，在提高SN比与提高距离分辨率之间存在此消彼长的关系。因此，例如，在优先提高距离分辨率而进行事件检测的情况下，对于噪声微分系数(差量)也变大，因此如图5中虚线圆圈所示，无法在1km附近、1.28km附近等判别噪声和事件。
对于基于本发明的事件检测结果，示于图6中。如前所述，在本发明中，通过将小波变换应用于OTDR波形，消除提高SN比与提高距离分辨率之间的此消彼长的关系，如图6中虚线圆圈所示，能够在1km附近、1.28km附件等检测事件。
如上所述，根据本发明，能够在保持距离分辨率的同时，提高SN比，并高精度地检测事件发生部位。
产业上的可利用性
本发明所涉及的事件检测装置及事件检测方法能够应用于光学测定器产业。
符号说明
10-事件检测装置，11-OTDR波形获取部，12-特征量提取部，13-峰值提取部，14-事件识别部，20-被测定光纤。

Claims (6)

1.一种事件检测装置，其具备：
OTDR波形获取部，获取被测定光纤的OTDR波形；
特征量提取部，对所述OTDR波形进行小波变换，生成以各小波系数为特征量的尺度图；
峰值提取部，根据所述OTDR波形来计算噪声阈值，根据所述噪声阈值，从所述尺度图上的所述特征量提取峰值并生成峰图；及
事件识别部，从所述峰图中识别所述被测定光纤内的事件。
2.根据权利要求1所述的事件检测装置，其特征在于，
所述特征量提取部使比例尺的值以每21/2倍增加。
3.根据权利要求1或2所述的事件检测装置，其特征在于，
所述峰值提取部具有上限噪声阈值及下限噪声阈值作为所述噪声阈值，在所述尺度图上，仅提取所述上限噪声阈值以上的所述特征量及所述下限噪声阈值以下的所述特征量作为所述峰值，生成将所提取的所述峰值根据其值由多种类型的图标表示的所述峰图，
所述事件识别部在所述峰图上，根据所述图标的种类及所述图标间距离来将所述图标彼此用线连结，在比例尺方向上连接了线的情况下，判断为在所述线所在的距离中发生了事件。
4.一种事件检测方法，其包括：
OTDR波形获取步骤，获取被测定光纤的OTDR波形；
特征量提取步骤，对所述OTDR波形进行小波变换，生成以各小波系数为特征量的尺度图；
峰值提取步骤，根据所述OTDR波形来计算噪声阈值，根据所述噪声阈值，从所述尺度图上的所述特征量提取峰值并生成峰图；及
事件识别步骤，从所述峰图中识别所述被测定光纤内的事件。
5.根据权利要求4所述的事件检测方法，其特征在于，
在所述特征量提取步骤中，使比例尺的值以每21/2倍增加。
6.根据权利要求4或5所述的事件检测方法，其特征在于，
在所述峰值提取步骤中，具有上限噪声阈值及下限噪声阈值作为所述噪声阈值，在所述尺度图上，仅提取所述上限噪声阈值以上的所述特征量及所述下限噪声阈值以下的所述特征量作为所述峰值，生成将所提取的所述峰值根据其值由多种类型的图标表示的所述峰图，
在所述事件识别步骤中，在所述峰图上，根据所述图标的种类及所述图标间距离来将所述图标彼此用线连结，在比例尺方向上连接了线的情况下，判断为在所述线所在的距离中发生了事件。
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