基于FPGA的光时域反射仪信号处理模块的研制--《南京邮电大学》2013年硕士论文
基于FPGA的光时域反射仪信号处理模块的研制
【摘要】：光时域反射仪是测量光纤各种传输特性的仪表，不仅可以测量整个光纤链路的衰减和光纤的长度细节，同时能探测和定位光纤链路上的事件，如接头损耗、尾端反射等。在FTTx工程实践中，光时域反射仪可以被用于系统中光配线网络的安装与维护，它可以迅速而准确地确定光纤中断点的位置。
本文首先介绍了光时域反射仪的发展历史与研究现状，分析了其工作原理和重要的技术指标，重点分析了传统的光时域反射仪应对光接入网应用所做的改进和完善。针对目前光纤故障诊断系统中存在的如定位不够准确等诸多问题，本文提出了在光纤故障诊断系统中引入小波变换算法，由于该算法在信号去噪和事件检测等方面具有较大优势，从而可以提高光纤故障定位的准确性，实现改善光纤网络的维护效率的目的。
本论文实现了一种基于FPGA的光时域反射仪信号处理模块。首先采用小波重构算法去噪，然后利用Harr小波对光时域反射仪信号按Mallat算法进行分解，在软件上使用基于DSP Builder的设计流程。该方案方便、直观。并能大大缩短DSP的设计周期。实验结果表明，运用小波分解重构算法，可以有效地对光时域反射仪信号进行故障定位，而且模块占用的硬件逻辑单元较少，其设计价值更在于为以后的设计提供重要的改进思路，也为光时域反射仪嵌入到FTTx系统中提供了有价值的参考。
【关键词】：
【学位授予单位】：南京邮电大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TN911.74【目录】：
摘要4-5Abstract5-9专用术语注释表9-12第一章 绪论12-15 1.1 引言12 1.2 光纤故障监测系统的发展现状12-13 1.3 本文主要工作和创新点13-14 1.4 论文章节结构14-15第二章 OTDR 的基本原理15-22 2.1 OTDR 的工作原理15-16
2.1.1 故障定位的原理16 2.2 OTDR 在 PON 中的应用16-18 2.3 PON 系统中 OTDR 的发展概况及现状18-21
2.3.1 独立式 OTDR18
2.3.2 改进型独立式 OTDR18-19
2.3.3 嵌入共享式 OTDR19-20
2.3.4 PON 口内置 OTDR20-21 2.4 本章小结21-22第三章 小波变换基础理论22-33 3.1 小波变换的数学基础22-24
3.1.1 傅立叶变换理论22-23
3.1.2 短时傅立叶变换23-24 3.2 小波变换理论24-25 3.3 小波变换的类型25-27
3.3.1 连续小波变换25-26
3.3.2 离散小波变换26-27 3.4 小波变换和傅立叶变换的区别与联系27 3.5 奇异性检测原理27-28 3.6 多分辨分析与 Mallat 算法28-32
3.6.1 多分辨率分析28-30
3.6.2 Mallat 算法30-32 3.7 本章小结32-33第四章 基于小波变换的光纤故障定位33-42 4.1 仿真软件介绍33-34 4.2 光纤故障定位的仿真34-35 4.3 基于小波变换的故障定位步骤35-41
4.3.1 小波基函数及尺度的选取35-40
4.3.2 基于小波变换的故障定位仿真40-41 4.4 本章小结41-42第五章 FPGA 开发平台简介42-49 5.1 FPGA 芯片综述42-43
5.1.1 FPGA 芯片42
5.1.2 FPGA 的优势42-43
5.1.3 FPGA 的结构特征43 5.2 FPGA 开发工具介绍43-46
5.2.1 硬件描述语言一 VHDL43-44
5.2.2 硬件仿真工具一 Quartus II44
5.2.3 IP 核简介44-46 5.3 FPGA 开发流程46-48 5.4 基于 FPGA 的信号处理的发展现状48 5.5 本章小结48-49第六章 系统设计需求与方案分析49-63 6.1 设计方案的选择49-52
6.1.1 基于模型的设计49-50
6.1.2 基于模型设计的工作流程50-51
6.1.3 Simulink 建模与验证51-52 6.2 DSP Builder 设计流程52-53
6.2.1 DSP Builder 简介52-53
6.2.2 DSP Builder 设计流程53 6.3 DSP Builder 实现小波变换模块53-57 6.4 方案性能测试57-62 6.5 本章小结62-63第七章 总结与展望63-65参考文献65-68致谢68
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京公网安备75号超长距离相敏光时域反射仪实验与应用研究
同时利用光纤作为传感与传输介质的分布式光纤传感器(DOFS)与其他传感器相比，具有抗电磁干扰、大范围和长距离测量、抗腐蚀等优点，被广泛研究和报道。本文研究的相敏光时域反射仪(Φ-OTDR)与其他分布式光纤传感系统相比，具有响应速度快、灵敏度高、系统结构简单等优点。与传统的OTDR结构相似，不同的是通过注入高度相干的脉冲光，并探测光纤各部分的后向瑞利散射光在探测器处的干涉光。实验证明Φ-OTDR系统能探测更微弱的扰动，可以应用于油气输送管道、国境边线、军事基地等重要领域的安防监测。　　目前国内外对Φ-OTDR系统的研究主要集中在提高系统分辨率...展开
同时利用光纤作为传感与传输介质的分布式光纤传感器(DOFS)与其他传感器相比，具有抗电磁干扰、大范围和长距离测量、抗腐蚀等优点，被广泛研究和报道。本文研究的相敏光时域反射仪(Φ-OTDR)与其他分布式光纤传感系统相比，具有响应速度快、灵敏度高、系统结构简单等优点。与传统的OTDR结构相似，不同的是通过注入高度相干的脉冲光，并探测光纤各部分的后向瑞利散射光在探测器处的干涉光。实验证明Φ-OTDR系统能探测更微弱的扰动，可以应用于油气输送管道、国境边线、军事基地等重要领域的安防监测。　　目前国内外对Φ-OTDR系统的研究主要集中在提高系统分辨率和延长传感距离。本文研究了基于EDFA和分布式光纤拉曼放大器混合放大的Φ-OTDR系统，利用双向拉曼泵浦对探测光进行拉曼放大，补偿了探测光的传输损耗，并均衡了探测光的功率分布，延长了系统的传感距离，实现了超长距离的Φ-OTDR系统。　　本课题主要从延长系统传感距离、开发系统软件、硬件仪器化和现场应用研究等几个方面开展了工作，完成了以下具体工作：　　(1)总结了分布式光纤传感技术及国内外研究现状，尤其是基于Φ-OTDR技术的分布式光纤传感系统，并基于Φ-OTDR的传感原理，理论分析了影响传感系统性能的关键因素，同时介绍了目前常用的光放大器及其技术原理；　　(2)搭建了一个基于EDFA放大和声光调制的Φ-OTDR分布式光纤传感系统，在20 km的传感距离上获得了20 m的空间分辨率；　　(3)对分布式光纤拉曼放大理论进行了数值仿真，并分别基于一阶和二阶光纤拉曼放大搭建了Φ-OTDR分布式光纤传感系统，实现了74 km和84 km的传感距离，为目前报道的Φ-OTDR分布式光纤传感系统最长传感距离；　　(4)基于VC++、MFC设计并开发了具有菜单视图结构的超长距离相敏光时域反射仪系统软件，并采用了MSSQL Server管理报警日志数据库；　　(5)完成系统硬件仪器化工作，使其成为一套可实用的工程样机，并基于该样机进行了室外现场应用研究，研究了传感光缆在挂揽、铺地、埋地安装方式下，系统对侵扰的检测效果。收起
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光缆施工在OTDR光纤测试法中的应用探讨
优质期刊推荐光时域反射仪事件检测算法和系统设计--《天津大学》2014年硕士论文
光时域反射仪事件检测算法和系统设计
【摘要】：近年来，光纤通信发展迅速，光纤网络的规模也越来越庞大，由此引起的光纤维护和故障检测工作也就变的越来越严峻。由于传统的由技术人员人工检测的方法具有效率低，费时长，精度低的缺点，使得光纤在线监测系统逐渐成为了主流。本文所做的工作就是设计并实现了光纤在线监测系统的核心模块——OTDR事件检测算法设计和系统实现。
首先，对光纤在线监测系统进行了介绍，尤其是对核心的OTDR事件检测模块的工作原理、硬件结构、性能参数以及该检测算法的国内外研究现状进行了详细说明，对本文要检测的光纤事件类型也做了细致的讲解。
然后，对OTDR测试返回曲线进行分析，引入了小波方法进行信号去噪，并用小波变换和斜率法相结合的方式进行事件检测的思路。清楚说明了小波分析的原理以及其在信号分析中的优势所在，并对检测过程中用到的多分辨率分析和Mallat算法做了详细的说明。在信号去噪过程中，对小波降噪的几种方法进行了分析和比较，最终选择的是极值阈值法和硬阈值处理结合的方式进行阈值降噪。在事件检测过程中，根据不同事件类型的特点，反射型事件选用小波分析方法检测，而非反射事件选用斜率法进行检测。进行小波分析时，小波基和尺度的选取是很重要的，本文详细阐述了小波基选取的准则,揭示了小波基、突变信号特征与FIR滤波器的深层次关系，基于此实现了小波基和尺度的最佳选取，从而实现了突发事件的精确定位。
最后，设计并实现了整个OTDR事件检测系统，并对从数据读入到事件检测结果参输出的全部过程进行了介绍。其中详细介绍了事件衰耗计算方法，以及实际事件检测过程中会出现的鬼影问题和衰耗太大引起的噪声伪事件问题，并说明了他们的解决方法。通过对多条光纤的检测结果说明该检测系统的精确度和可靠性都是很高的，能够满足实际应用要求。
【关键词】：
【学位授予单位】：天津大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TN929.1;O174.2【目录】：
摘要4-5ABSTRACT5-9第一章 绪论9-14 1.1 课题目的和意义9-11 1.2 光纤在线监测系统11-12 1.3 国内外研究现状12-13 1.4 本文的研究工作13-14第二章 OTDR 原理和曲线分析14-21 2.1 OTDR 的测试原理14-15 2.2 OTDR 的硬件结构15-16 2.3 OTDR 数据曲线分析16-18 2.4 OTDR 性能指标18-20 2.5 本章小结20-21第三章 小波变换基础理论21-31 3.1 引言21-22 3.2 小波变换理论22-25 3.3 多分辨率分析25-28
3.3.1 子空间V j与多分辨率分析概念25-26
3.3.2 尺度函数26
3.3.3 尺度方程26
3.3.4 子空间W j26-27
3.3.5 小波27-28 3.4 Mallat 算法28-31第四章 OTDR 事件检测算法设计31-46 4.1 引言31 4.2 小波降噪31-37
4.2.1 小波降噪理论基础31-32
4.2.2 小波降噪的原理和步骤32-33
4.2.3 小波去噪方法33-36
4.2.4 小波去噪的阈值处理36-37 4.3 小波基及其尺度选取37-41 4.4 事件检测41-45
4.4.1 反射型事件检测41-43
4.4.2 非反射型事件检测43-45 4.5 本章小结45-46第五章 OTDR 系统设计和应用46-58 5.1 OTDR 事件定位流程46-55 5.2 算法实际应用结果55-57 5.3 本章小结57-58第六章 总结与展望58-60 6.1 工作总结58-59 6.2 工作展望59-60参考文献60-64发表论文和参加科研情况说明64-65致谢65
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利用光时域反射仪对光缆故障点准确定位及其测试误差分析
阐述了光时域反射仪OTDR的测试原理,分析了光缆线路故障的现象和产生的原因;并利用光时域反射仪(OTDR)对光缆线路故障点的准确定位进行了研究.分析了OTDR进行各种故障准确定位时所得后向散射信号曲线的特征,推断出与之对应的光缆故障种类,如断纤故障和光损增大故障;同时,又测量出测试点到故障点的光纤长度.对测试中产生的误差进行了分析,提出了减少误差的措施.由此总结出将测试长度换算成地面长度的计算方法,提高了光缆线路故障快速定位的准确度.
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