本發(fā)明涉及光纜檢測技術領域，特別是一種單、多模光纖量程自適應的檢測方法。
背景技術：
光纖檢測的技術已經成熟，它被廣泛應用于光纜線路的維護、施工之中，可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。光纖檢測設備的測試精度等技術性能也能滿足大部分用戶要求，但是在實際操作運用中還存在很多需要改進和優(yōu)化的方面。比如說在測量光纖時需要在軟件中設置測量范圍，如果測量量程少于被測光纖長度，就無法測出光纖狀況，很多測試環(huán)境下也無法確認被測光纖的長度，測試時需要不斷嘗試不同測試量程，影響測試效率。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種可根據(jù)被測光纖的長度，自動調整測試量程，不用每次測試不同長度光纖時手動設置測試量程，也不用因無法確認被測光纖長度的情況下，多次測試不同量程估算光纖長度的單、多模光纖量程自適應的檢測方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)。
一種單、多模光纖量程自適應的檢測方法，步驟包括：
1)對待檢測光纖進行采樣，使得可分辨的距離接近激光器的相干長度；
2)在輔助參考信號中獲得相位噪聲：
3)對測量數(shù)據(jù)進行相位噪聲補償后，計算偏振態(tài)數(shù)據(jù)的頻譜；
4)光纖的長度和頻率是正比關系，由頻譜數(shù)據(jù)來計算光纖末端反射點位置；
5)末端反射點即為光纖量程。
進一步的，所述步驟2)具體為：設激光源的瞬時頻率為v＝v0+γt，其中v0為起始光頻，γ為掃頻斜率，其發(fā)出的光信號可表示為：其中為光源的瞬時相位；
參考臂反射信號與相對與參考臂反射端面距離為x0處的信號臂反射信號混頻得到的拍頻信號的頻率為設在x0處的反射系數(shù)為R0，信號光和參考光經光電檢測器相干混頻后輸出電流為：
其中相位差
激光器因有限線寬而產生的相位噪聲，使式
中的其大小由激光線寬Δv0決定：
OFDR的拍頻信號表達式中，去掉直流項，得到：其中R(τ)時考慮損耗的反射率，τ是對應待測光纖不同位置的時延，e(t)是本振參考光的非線性相位，e(t-τ)是接收測試光的非線性相位，那么e(t)-e(t-τ)就是拍頻信號的非線性相位。
進一步的，所述步驟3)具體為：將式
通過希爾伯特變換轉換到復指數(shù)形式，即：其中Se(t)＝exp[j2πe(t)]和Se(t-τ)＝exp[j2πe(t-τ)]，符號*代表復共軛；攜帶光源調諧非線性相位的拍頻信號如式所示中，設非線性相位函數(shù)Se(t)已知，在主干涉儀拍頻信號中，與距離無關的本振參考光非線性相位可以用簡單乘法消除，即：在式中測試光的非線性相位e(t-τ)是與距離有關的，信號通過去斜濾波器后，測試光信號的非線性相位可以被轉換為距離無關項；在頻域I1(t)通過去斜濾波器后得到：其中，和分別代表傅里葉變換和傅里葉反變換，I2(t)可以表示為：其中表示以時間t為變量的傅里葉反變換，是的傅里葉變換，設S(t)是距離無關的，從式看出，只要去掉S(t)，就可將任意τ下的線性拍頻信號恢復出來；線性拍頻信號I3(t)可以通過去掉S(t)得到，即I2(t)乘以S*(t)即可得到I3(t)。S(t)可以將通過去斜濾波器得到，即然后
相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明可根據(jù)被測光纖的長度，自動調整測試量程，不用每次測試不同長度光纖時手動設置測試量程，也不用因無法確認被測光纖長度的情況下，多次測試不同量程估算光纖長度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖和具體的實施例，對本發(fā)明作詳細描述。
如圖1所示，一種單、多模光纖量程自適應的檢測方法，步驟包括：
1)對待檢測光纖進行采樣，使得可分辨的距離接近激光器的相干長度；
2)在輔助參考信號中獲得相位噪聲：
3)對測量數(shù)據(jù)進行相位噪聲補償后，計算偏振態(tài)數(shù)據(jù)的頻譜；
4)光纖的長度和頻率是正比關系，由頻譜數(shù)據(jù)來計算光纖末端反射點位置；
5)末端反射點即為光纖量程。
假設激光源的瞬時頻率為v＝v0+γt，其中v0為起始光頻，γ為掃頻斜率，其發(fā)出的光信號可表示為：
其中為光源的瞬時相位。
參考臂反射信號與相對與參考臂反射端面距離為x0處的信號臂反射信號混頻得到的拍頻信號的頻率為設在x0處的反射系數(shù)為R0，信號光和參考光經光電檢測器相干混頻后輸出電流為：
其中相位差ωb＝2πfb＝2πγτ0。由式(1-2)可見，干涉拍頻信號的頻率fb由反射信號和參考信號之間的光程差(即待測光纖和參考端面的相對距離)決定，而拍頻信號的功率則正比于反射信號的強度。因此，通過分析拍頻信號的功率譜，可直接獲得被測光纖回波信號的強度和位置信息。
激光器因有限線寬而產生的相位噪聲，使式(1-2)中的其大小由激光線寬Δv0決定：
下面討論OFDR中激光器非線性調諧效應的基本理論，OFDR的拍頻信號表
達式(1-2)中，去掉直流項，得到：
其中R(τ)其是考慮損耗的反射率，τ是對應待測光纖不同位置的時延，e(t)是本振參考光的非線性相位，e(t-τ)是接收測試光的非線性相位，那么e(t)-e(t-τ)就是拍頻信號的非線性相位。非線性效應其實就是一種相位噪聲。這里提到的非線性效應補償，也可以看作是一種相位噪聲的補償。
為了便于分析基本原理，將式(2-1)通過希爾伯特變換轉換到復指數(shù)形式，即：
其中Se(t)＝exp[j2πe(t)]和Se(t-τ)＝exp[j2πe(t-τ)]，符號*代表復共軛。
在式(2-1)中的非線性相位項e(t)-e(t-τ)導致了反射峰能量擴散，惡化了空間分辨率，引起反射峰幅度下降。而且非線性效應的影響隨距離增大而增大。由于非線性相位與距離有關，難以在整個距離域一次去除。幸運的是，這一問題采用去斜濾波法可以解決。此方法分別處理本振參考光非線性相位e(t)和測試光的非線性相位e(t-τ)。去斜濾波法在FMCW SAR領域的非線性調頻中也得到了成功的應用。
通過以下三步可對非線性調諧效應進行補償：
步驟一，攜帶光源調諧非線性相位的拍頻信號如式(3-1)所示中，假設非線
性相位函數(shù)Se(t)已知(其具體估算方法在下面討論)，在主干涉儀拍頻信號中，與距離無關的本振參考光非線性相位可以用簡單乘法消除，即：
在式(3-2)中測試光的非線性相位e(t-τ)是與距離有關的，由于在距離域上分布著多個反射點，如瑞利散射或多個菲涅爾反射，所以在不同位置測試光信號的非線性相位難以被單一的參考函數(shù)去除。為了解決這一問題，一種與距離相關的時移(對應時延τ)施加到主干涉儀拍頻信號中，其過程可以通過去斜濾波器exp(jπf2/γ)實現(xiàn)。信號通過去斜濾波器后，測試光信號的非線性相位可以被轉換為距離無關項。
步驟二，在頻域I1(t)通過去斜濾波器后得到：
其中，和分別代表傅里葉變換和傅里葉反變換。把式(3-2)代入(3-3)，I2(t)可以表示為：
其中表示以時間t為變量的傅里葉反變換。是的傅里葉變換。假設S(t)是距離無關的。從式(3-4)看出，只要去掉S(t)，就可將任意τ下的線性拍頻信號恢復出來。
步驟三：線性拍頻信號I3(t)可以通過去掉S(t)得到，即I2(t)乘以S*(t)即可得到I3(t)。S(t)可以將通過去斜濾波器得到，即
然后
從前面的信號處理流程可以看到，只要本振參考光信號的非線性相位e(t)估計準確，這種方法理論上可完全消除調諧非線性相位。
根據(jù)前面分析，先假設本振參考光信號的非線性相位e(t)已知。下面將討論如何從附加干涉儀估計e(t)的問題。附加干涉儀采用非平衡的邁克爾遜干涉儀結構，在一臂中有固定的參考時延(利用長距離光纖實現(xiàn))。類似的方法在FMCWSAR中也有討論。對應固定參考時延為τref的附加干涉儀歸一化拍頻信號Iref(t)可以表示為：
利用希爾伯特變換和其他簡單的信號處理算法，得到非線性相位e(t)-e(t-τref)。
當τref較小時，采用一階泰勒級數(shù)展開估計e(t)，即：
e(t)-e(t-τref)≈8(t)′τref (3-8)
其中e(t)’表示e(t)對時間t的微分，因此對本振參考光的非線性相位估計可以表示為：