Моделирование корреляционного оптического рефлектометра с новым алгоритмом цифровой обработки сигнала обратного рассеяния

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности обработки сигнала обратного рассеяния в корреляционных оптических рефлектометрах.

Целью настоящего исследования является оптимизация регистрации и обработки в корреляционном оптическом рефлектометре за счет разработки нового алгоритма.

В работе использованы методы математического моделирования, корреляционного анализа и теоретических расчетов. Для исследования разработана программа в среде Visual Basic-6. Обработка происходит за счет применения псевдослучайных М-последовательностей и новых алгоритмов.

Результаты. Предложены структурная схема и новый алгоритм обработки. Выполнено моделирование формирования частных и результирующей рефлектограмм. Разработан алгоритм восстановления начального участка. Проведено сравнение характеристик традиционного и предлагаемого методов обработки сигналов обратного рассеяния.

Новизна работы. Использование кольцевого регистра для накопления результатов измерений и однократного вычисления взаимно-корреляционной функции суммарного сигнала исключает необходимость корреляционной обработки каждой частной рефлектограммы. Впервые предложен алгоритм восстановления начального участка результирующей рефлектограммы в режиме блокировки фотоприемного устройства на время действия зондирующего сигнала.

Теоретическая значимость работы определяется получением временны́х характеристик процессов регистрации и обработки сигналов в корреляционных оптических рефлектометрах, а также сравнительной оценкой эффективности различных алгоритмов обработки.

Практическая значимость заключается в возможности использования нового алгоритма и программной модели при проектировании корреляционных оптических рефлектометров для диагностики волоконно-оптических линий связи. Предложенные решения позволяют сократить время получения рефлектограммы и повысить эффективность.

1. Barnoski M.K., Rourke M.D., Jensen S.M., Melville R.T. Optical time domain reflectometer // Applied Optics. 1977. Vol. 16. Iss. 9. PP. 2375–2379. DOI:10.1364/AO.16.002375

2. Personik S.D. Photon Probe an Optical-Fiber Time-Domain Reflectometer // The Bell System Technical Journal. 1977. Vol. 56. Iss. 3. PP. 355–366. DOI:10.1002/j.1538-7305.1977.tb00513.x

3. Hartog A.H., Gold M.P. On the Theory of Backscattering in Single-Mode Optical Fibers // Journal of Lightwave Technology. 1984. Vol. 2. Iss. 2. PP. 76–82. DOI:10.1109/JLT.1984.1073598

4. Хричков В.А. Моделирование корреляционного оптического рефлектометра с зондирующим сигналом в виде фрагментов псевдослучайных последовательностей // Труды учебных заведений связи. 2022. Т. 8. № 2. С. 108–119. DOI:10.31854/1813-324X-2022-8-2-108-119. EDN:NOGWUL

5. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 384 с. EDN:UKUQVR

6. Jones M. Using Simplex Codes to Improve OTDR Sensitivity // IEEE Photonics Technology Letters. 1993. Vol. 5. Iss. 7. PP. 822–824. DOI:10.1109/68.229819

7. Goldman R., Agmon A., Nazarathy M. Direct Detection and Coherent Optical Time-Domain Reflectometry With Golay Complementary Codes // Journal of Lightwave Technology. 2013. Vol. 31. Iss. 13. P. 2207–2222. DOI:10.1109/JLT.2013.2264273

8. Newton S.A. A New Technique in OTDR // Electronics & Wireless World. 1988. Vol. 94. Iss. 627. PP. 496–500.

9. Nazarathy M., Newton S.A., Giffard R.P., Moberly D.S., Trutna W.R., Foster S., Sischka F. Real-Time Long Range Complementary Correlation Optical Time Domain Reflectometer // Journal of Lightwave Technology. 1989. Vol. 7. Iss. 1. PP. 24–38. DOI:10.1109/50.17729

10. Huang D.-X., Ou Z.-H., Liu Y.-Z. Research of Complementary Correlation Optical Time Domain Reflectometer // Journal of University of Electronic Science and Technology of China. 2005. Vol. 34. Iss. 3. PP. 332–335.

11. Bernard J.-J., Depresles E. High-Resolution Correlation OTDR for Distributed Fiber-Optic Sensors and Mobile Cabling // Fiber and Integrated Optics. 1988. Vol. 7. Iss. 2. PP. 79–84. DOI:10.1080/01468038808222977

12. Golay M. Complementary Series // IRE Transactions on Information Theory. 1961. Vol. 7. Iss. 2. PP. 82–87. DOI:10.1109/TIT.1961.1057620

13. Архангельский В.Б., Глаголев С.Ф., Хричков В.А. Аналого-цифровой накопитель с кольцевым регистром памяти // Инфокоммуникационные технологии. 2021. Т. 19. № 3. С. 303–309. DOI:10.18469/ikt.2021.19.3.06. EDN:EVALUT

14. Архангельский В.Б., Глаголев С.Ф., Хричков В.А. Оптический корреляционный рефлектометр. Патент на изобретение № RU 2759785C1 от 09.03.2021. Опубл. 17.11.2021. EDN:FIMRMC