一种分布式光纤声波通信方法及装置制造方法及图纸

该发明专利技术公开了一种一种分布式光纤声波通信方法及装置，涉及光纤通信领域。首先发射携带有信息的声波，该声波传播至通信光缆，引起通信光缆内传播信号光的瑞利散射的变化，通过分布式光纤声波通信主机检测出瑞利散射的变化，解调还原出发射的声波，从而实现发明专利技术目的。因而具有完全无源特性、分布式通信特性、精确的声源定位特性；还能达到超长距离无中继通信，模拟传输和数字传输可以任意切换，不需要对硬件设备进行调整的效果；并且声波信源既可以是模拟声源，也可以是数字声源，因此该分布式光纤声波通信系统可以实现直接的声波通信，也可以实现数字通信。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光纤声波通信方法及装置
本专利技术涉及光纤通信领域，尤其涉及一种实现分布式光纤声波通信系统的方法及装置。
技术介绍
目前，分布式声波探测系统成为最热门的光纤传感技术之一。分布式声波探测系统向光纤周期性注入光脉冲，通过高灵敏度的光探测以及光相位解调技术，实时解调瑞利散射光的相位信息，从而能够线性解调与外界对光缆产生的扰动。由于其足够灵敏，灵敏度可达数nε，因此，可以有效探测声波对光缆施加的应变，从而能够有效的还原声场信息。该技术在石油、安防、电力等多个领域的声波探测领域得到广泛的应用。目前，在通信领域，无线通信以及光纤通信是较为广泛应用的通信方式，由于广阔的市场前景，通信技术迅猛发展。但同时不论无线通信还是传统的光纤通信，在某些特定场合仍然具有局限性。例如，由于电磁波在固体和水中衰减较快，因此像水下、封闭的井下巷道这种场合，无线通信无法正常工作；而传统的光纤通信需要光发射机和接收机，进行较为复杂的部署后，只能实现点对点的通信，而在光纤链路的中间，无法直接上载信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是基于分布式声波传感器，来解决以上
技术介绍
部分提到的特殊情况下的声波通信的问题，实现声波信息的分布式传输。为达此目的，本专利技术一种分布式光纤声波通信方法及装置采用以下技术方案，首先发射携带有信息的声波，该声波传播至通信光缆，引起通信光缆内传播信号光的瑞利散射相位的变化，通过分布式光纤声波通信主机检测出瑞利散射相位的变化，进而还原出发射的声波，从而实现专利技术目的。因而本专利技术一种分布式光纤声波通信方法，该方法包括：步骤1：声波源发射携带有信息的声波；该声波可为普通的声音，也可以声波作为载波，将数字信息通过声波进行调制为数字声波信号；步骤2：分布式光纤声波通信主机发出信号光入射进通信光缆，发射的声波传播到通信光缆，引起通信光缆内的瑞利散射光相位变化，而该相位的变化是与声波近似线性对应；步骤3：分布式光纤声波通信主机端发射探测光脉冲，并同步收集散射回的瑞利散射光，并利用光电探测器对瑞利散射光进行光电转换，然后利用模数转换器将模拟电信号转换成数字信号，并通过光相位解调系统实时解调出瑞利散射光的相位。进一步的所述步骤1特征在于，声源的频率小于分布式光纤声波通信主机的带宽，并根据声源传播介质的衰减特性调整频率大小，以使声波能量较好的传递到光缆；声波能量的大小以及距离声波通信光缆的距离，调整到分布式光纤声波通信主机能以较高的信噪比还原声波信息为准；某些特定需求，为达到保密声波通信的目的，可以在声波源处对声波信息通过编码进行加密处理，同时将声波源尽可能贴近声波通信光缆，同时将声波能量调到稍大于分布式光纤声波通信主机能够准确探测的最小探测能力，以防止声波源信息被窃听；在进行信息传输之前以及传输信息之后，声波源传送固定的标识，以方便分布式光纤声波通信主机判断信息的起止。进一步的，所述步骤3中，分布式光纤声波通信主机重复收集散射回的瑞利散射光，实时得到每个发射周期探测得到的瑞利散射光的相位；将每个散射周期内瑞利散射光以固定间隔进行重采样，并根据光时域反射仪的原理，将瑞利散射光的相位变化与声波通信光缆的空间位置相对应，还原出声波光缆上每个位置处的动态应变信息；该动态应变信息是与声波线性对应的；随后对每个位置处的原始的相位信息进行去噪处理，以减少光学信号噪声以及环境噪声对声音信息的影响；将每个位置处的实时动态应变信息进行扫描，对已经发送开始标识报头的位置持续信息接收或者停止接收；若声波为数字声波信号，则根据其调制格式，进行对应的解调。一种分布式光纤声波通信装置，该装置包括：声波发射器、分布式光纤声波通信主机、声波通信光缆；所述声波发射器用于发射声波信号，如果其发射数字信号声波，它包括了数字信号发生器，调制器，以及压电装置，数字信号发生器将产生的数字信号经过调制器进行调制产生载波信号，然后载波信号驱动压电装置产生数字声波；所述分布式声波通信系统主机包括：激光器、光调制器、环形器、光相位解调器、信息处理器。所述激光器用于发射连续光，输出给光调制器；其中激光器为窄线宽激光器，输出功率根据光纤的长度不同而进行大范围调节；所述光调制器用于将所述连续光调制成脉冲光信号，作为探测光脉冲；其中光调制器应为高消光比光调制器；所述环形器用于将脉冲光注入到光缆，脉冲光在光缆中发生瑞利散射，并接收光缆中反射回的相干光，输出给光电探测器；所述光相位解调器用于将所述瑞利散射相干光转化为电信号，然后对电信号进行数字信号处理，进而得到瑞利散射相干光的实时相位，并对原始的相位信息进行去噪处理；所述的信息处理器用于处理跟踪每个位置处的声波信息的开始、结束标识，并对发送的信息进行处理；如果是数字声波通信方式，则需要首先对接收到的声波信号进行数字解调，得到数字信号。进一步的，所述光缆内的光纤为单模光纤，并根据需要，对光缆进行声波增敏处理，使其接收声波信号的能力增强。本专利技术提供的分布式光纤声波通信系统具有如下优点：一、完全无源特性。该分布式光纤声波通信系统由于是完全无源的，因此声波的调制不需要供电，同时声波信号的调制和传输完全不受电磁场的干扰，可以保证在雷电等恶劣环境下正常工作，在强电磁干扰以及需要电磁静默场合仍可照常通信。二、分布式通信特性。该分布式光纤声波通信系统可实现全分布式的声波信息调制，当通信主机终端持续发射脉冲光，在光缆所有位置，声波信号都可以调制到散射光波信号上，从而快速组建形成具备完整功能的声波通信系统。三、精确的声源定位特性。由于对光缆上的声波探测是基于光时域反射技术，因此当声源将声波信号调制到光缆上时，声源的位置就可以实时获取。四、超长距离无中继通信。由于光纤的低损耗特性，利用光放大技术，在终端进行分布式或分立式应用光放大技术，该分布式光纤声波通信系统无中继通信距离可达上百公里，可以满足长距离声波通信的需求。五、模拟传输和数字传输可以任意切换，不需要对硬件设备进行调整。声波信源既可以是模拟声源，也可以是数字声源，因此该分布式光纤声波通信系统可以实现直接的声波通信，也可以实现数字通信。附图说明图1为本专利技术实施例提供的分布式光纤声波通信系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的分布式光纤声波通信主机结构框图；图3为本专利技术实施例提供的模拟声波通信的幅度调制的解调结果图；图4为本专利技术实施例提供的模拟声波通信的频率调制的解调结果图；图5为本专利技术实施例提供的数字声波通信BFSK的解调结果图；图6为本专利技术实施例提供的数字声波通信装置测试时井下人员具体位置示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部内容。请参照图1所示，图1为本专利技术分布式光纤声波通信系统结构示意图。本实施例中分布式光纤声波通信系统具体包括声波信源101，分布式光纤声波通信主机102和声波通信光缆103。在所述分布式光纤声波通信主机102位于本系统的接收端。所述声波通信光缆103内的光纤为单模光纤，并根据需要，可以对该光缆进行声波增敏处理，使其接收声波信号的能力增强。所述分布式光纤声波通信主机102与声波通信光缆103连接，用于发出脉冲光信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光纤声波通信方法，该方法包括：步骤1：声波源发射携带有信息的声波；该声波可为普通的声音，也可以声波作为载波，将数字信息通过声波进行调制为数字声波；步骤2：分布式光纤声波通信主机发出信号光入射进通信光缆，发射的声波传播到通信光缆，引起通信光缆内的瑞利散射光相位变化，而该相位的变化是与声波近似线性对应；步骤3：分布式光纤声波通信主机端发射探测光脉冲，并同步收集散射回的瑞利散射光，并利用光电探测器对瑞利散射光进行光电转换，然后利用模数转换器将模拟电信号转换成数字信号，并通过光相位解调系统实时解调出瑞利散射光的相位。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤声波通信方法，该方法包括：步骤1：声波源发射携带有信息的声波；该声波可为普通的声音，也可以声波作为载波，将数字信息通过声波进行调制为数字声波；步骤2：分布式光纤声波通信主机发出信号光入射进通信光缆，发射的声波传播到通信光缆，引起通信光缆内的瑞利散射光相位变化，而该相位的变化是与声波近似线性对应；步骤3：分布式光纤声波通信主机端发射探测光脉冲，并同步收集散射回的瑞利散射光，并利用光电探测器对瑞利散射光进行光电转换，然后利用模数转换器将模拟电信号转换成数字信号，并通过光相位解调系统实时解调出瑞利散射光的相位；其特征在于所述步骤1中，声源的频率小于分布式光纤声波通信主机的带宽，并根据声源传播介质的衰减特性调整频率大小，以使声波能量较好的传递到光缆；声波能量的大小以及距离声波通信光缆的距离，调整到分布式光纤声波通信主机能以高信噪比还原声波信息为准；某些特定需求，为达到保密声波通信的目的，可以在声波源处对声波信息通过编码进行加密处理，同时将声波源贴近声波通信光缆，同时将声波能量调到稍大于分布式光纤声波通信主机能够准确探测的最小探测能力，以防止声波源信息被窃听；在进行信息传输之前以及传输信息之后，声波源传送固定的报头，以方便分布式光纤声波通信主机判断信息的起止。2.如权利要求1所述的一种分布式光纤声波通信方法，其特征在于所述步骤3中，分布式光纤声波通信主机重复收集散射回的瑞利散射光，实时得到每个发射周期探测得到的瑞利散射光的相位；将每个散射周期内瑞利散射光以固定间隔进行重采样，并根据光时域反射仪的原理，将瑞利散射光的相位变化与声波通信光缆的空间位置相对应，还原出声波光缆上每个位置处的动态应变信息；该动态应变信息是与声波线性对应的；随后对每个位置处的原始的相位信...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭飞，饶云江，王子南，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51