本发明涉及光纤通信领域，具体来讲涉及一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统及方法。
背景技术：
光时域反射技术是根据光的背向散射与反射原理制作，利用光在光纤中传输时产生的背向散射光来获取衰减信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位，以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。由于光纤材料密度不均匀、掺杂成分不均匀以及光纤本身的缺陷，当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射光就会返回到光时域反射仪(opticaltimedomainreflectometer，otdr)中，返回的有用信息由光时域反射仪的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。通过测量发射信号到返回信号所用的时间，以及确定光在光纤的速度，就可以计算出对应的距离。
随着光纤放大器的引入及光纤损耗的降低，光纤传输距离不断增加，探测器探测的信号非常微弱，要求探测器具有更高的灵敏度和更大的动态范围。为了解决探测器信号微弱的问题，传统方法一是重复采样取平均来提高探测灵敏度，二是增加发射信号的能量。重复采样可以提高测量的动态范围，但要耗费更多的时间。由于激光器的功率有限，要提高入射信号的能量，只能增加发射信号的脉宽，但这又会降低距离分辨率。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统及方法，在同样时间的前提下，提高测量的动态范围，提高距离分辨率。
为达到以上目的，本发明采取一种基于线性调频信号的光纤链路检测系统，包括：
激光器，其用于发出连续光信号；
线性调频发射机，其用于产生包含线性调频光信号的重复脉冲信号，作为探测光信号；
环形器，其用于将所述探测光信号输入到被测光纤中，并接收来自被测光纤的背向散射信号；
接收机，其用于提取所述背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹。
在上述技术方案的基础上，所述线性调频发射机包括：
电信号发生器，其用于产生线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号，且二者重复周期相同；
光调制器，其用于将线性调频电信号调制到所述激光器发出的连续光信号上，生成连续的线性调频光信号；
光开关，其用于从连续的线性调频光信号中按照相同周期截取线性调频光信号，作为探测光信号。
在上述技术方案的基础上，所述线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号的重复周期t满足：
在上述技术方案的基础上，所述接收机包括：
反射信号接收单元，其用于接收所述背向散射信号，并转换为数字信号；
数字信号处理单元，其用于接收所述数字信号，提取被测光纤特征。
在上述技术方案的基础上，所述反射信号接收单元包括：
光电探测器，其用于将背向散射信号转换为模拟电信号；
放大滤波电路，其用于对模拟电信号进行放大并滤除部分噪声；
模拟数字转换器，其用于将模拟电信号转换为数字电信号。
在上述技术方案的基础上，所述反射信号接收单元为光电二极管。
在上述技术方案的基础上，所述电信号发生器为电波形发生器，所述光调制器为光电强度调制器。
在上述技术方案的基础上，所述环形器为c+l波段的光环形器。
本发明还提供一种基于线性调频信号的光纤链路检测方法，包括步骤：根据线性调频信号调制光源发出连续光信号，形成连续的线性调频光信号，周期性截取所述线性调频光信号，作为探测光信号通过环形器输入被测光纤；通过环形器接收来自被测光纤的背向散射信号；提取所述背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹，作为检测结果。
在上述技术方案的基础上，所述线性调频信号通过电信号发生器生成，电信号发生器还生成重复周期相同的时钟同步脉冲信号，根据所述时钟同步脉冲信号截取所述线性调频光信号。
本发明的有益效果在于：
通过周期性截取线性调频光信号作为探测光信号，由于线性调频信号在分数阶傅里叶域具有极好的能量聚集特性，而噪声和非线性调频信号经过分数阶傅里叶变换后不会发生聚集，因此可以在背向散射信号中通过数字信号处理算法将线性调频信号和噪声分开，提取出线性调频信号，更准确的从中提取出携带的被测光纤特征，在从而提高提高探测范围(测量的动态范围)和探测灵敏度(即距离分辨率)，又不会耗费更多时间。
附图说明
图1为本发明实施例基于线性调频信号的光纤链路检测系统的示意图；
图2为本发明中线性调频电信号的时域示意图；
图3为本发明实施例反射信号接收单元的示意图；
图4为本发明实施例基于线性调频信号的光纤链路检测方法流程图；
图5为本发明中不同信号经过数字信号处理的分布示意图。
附图标记：
激光器1，线性调频发射机2，电信号发生器21，光调制器22，光开关23，环形器3，接收机4，反射信号接收单元41，光电探测器411，放大滤波电路412，模拟数字转换器413，数字信号处理单元42。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明基于线性调频信号的光纤链路检测系统，包括激光器1、线性调频发射机2、环形器3和接收机4。其中，激光器1用于发出连续的光信号。线性调频发射机2用于产生包含线性调频光信号的重复脉冲信号，作为探测光信号。环形器3用于将探测光信号输入到被测光纤(即传输光纤)中，并接收来自被测光纤的背向散射信号。接收机4用于提取背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹，作为输出的检测结果。优选的，环形器3可以为c+l波段的光环形器，如光迅科技生产的环形器cir-3-1550-a-025-1-apc。
具体的，线性调频发射机2包括电信号发生器21、光调制器22和光开关23。电信号发生器21用于产生线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号，线性调频电信号的周期和时钟同步脉冲信号的重复周期相同，都为周期t，周期t受到被测光纤长度的限制，周期t满足：
一个周期的线性调频电信号的数学表达式为：
其中，t为时间自变量，a为脉冲幅度，τ线性调频信号的长度，f0为中心频率，μ为调频斜率；如图2所示，为线性调频电信号的时域图。电信号发生器21可以为电波形发生器。
光调制器22用于将电信号发生器21产生的线性调频电信号调制到激光器1发出的连续光信号上，生成连续的线性调频光信号。光调制器22可以是光电强度调制器，例如photline的铌酸锂强度调制器mx-ln-10等。
光开关23用于根据同步脉冲信号，将连续的线性调频光信号按照相同周期t，截断成一段一段时间宽度为δt的线性调频光信号，作为探测光信号送入环形器3中。由于线性调频电信号和同步脉冲信号的周期t相同，因此探测光信号为周期为t的重复脉冲信号，不同周期脉冲中包含的线性调频光信号相同。光开关23可以为声光调制器，如cti公司的ao3165-1等。
接收机4包括反射信号接收单元41和数字信号处理单元42，反射信号接收单元41用于接收来自环形器3的背向散射信号，并转换为数字信号传输给数字信号处理单元42。数字信号处理单元42用于接收反射信号接收单元41转换的数字信号，提取出线性调频信号上携带的被测光纤的光纤链路特征，从而得到并输出探测信号曲线轨迹，作为光时域反射的输出结果。反射信号接收单元41可以采用光电二极管(apd)来实现，如thorlabs公司生产的雪崩光电二极管apd110c。数字信号处理单元42可以采用数字信号处理(dsp)芯片实现，如ti公司生产的dsp芯片c6652。
具体的，数字信号处理单元42中数字信号处理算法的实现方式为：
其中，x(t)为信号接收单元6接收到的信号，t是时间自变量，xp(u)为分数级傅里叶变换后的信号，u是变换域的横轴自变量，p为算法的阶数，并且有α＝pπ/2，k为整数。
具体的，如图3所示，反射信号接收单元41包括光电探测器411、放大滤波电路412和模拟数字转换器413，光电探测器411用于将来自环形器3的背向散射信号转换为模拟电信号。放大滤波电路412用于对光电探测器411输出的模拟电信号进行放大滤除一部分噪声。模拟数字转换器413用于将模拟电信号转换为数字电信号，以进行后续的数字信号处理。
本发明基于线性调频信号的光纤链路检测方法，包括步骤：
根据线性调频信号调制光源发出连续光信号，形成连续的线性调频光信号，周期性截取所述线性调频光信号，作为探测光信号通过环形器输入被测光纤；通过环形器接收来自被测光纤的背向散射信号；提取所述背向散射信号中携带的被测光纤特征，输出探测信号曲线轨迹，作为检测结果。
如图4所示，通过实施例说明基于线性调频信号的光纤链路检测方法，具体包括如下步骤：
s1.通过电信号发生器21生成线性调频电信号以及时钟同步脉冲信号，激光器1发出连续光信号。
s2.光调制器22根据线性调频电信号调制激光器1发出连续光信号，产生连续的线性调频光信号。
s3.光开关23根据时钟同步脉冲信号，将线性调频光信号截断，并通过环形器3传输到被测光纤中。
s4.环形器3接收来自被测光纤的背向散射信号，并传给反射信号接收单元41。
s5.反射信号接收单元41将背向散射信号转换为数字信号。
s6.数字信号处理单元42接收转换的数字信号，提取被测光纤的光纤链路特征，输出探测信号曲线轨迹，作为光时域反射的输出结果。
如图5所示，为本发明中不同信号经过数字信号处理算法后的分布示意图，其中横轴为分数阶域的自变量，纵轴表示不同信号能量的相对值。图5展示了线性调频信号在分数阶傅里叶域的能量聚集特性，可见线性调频信号的能量聚集在很窄的范围内，而噪声功率则近似均匀的分布在整个自变量的范围内。如果线性调频信号的总能量与噪声的总能量相同，那么线性调频信号在该变换域中的峰值会远远大于噪声峰值，这样就有助于快速准确地从噪声中提取线性调频信号及其携带的光纤链路特征信息。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。