一种两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统

1.一种两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统，包括探测光源、中继放大器、下行传输光纤、光纤干涉仪、上行传输光纤和解调设备，探测光源输出的探测光信号接入海底光缆下行传输光纤，所述下行传输光纤每一段先接一个下行中继放大器，将探测光信号放大至探测光源发射的功率水平；下行中继放大器之后接有光纤干涉仪，然后连接本段下行传输光纤；两个相邻下行中继放大器之间的光纤长度小于或等于100km，称为中继段；其特征在于：本系统的各中继段还包括滤波器和光纤耦合器；所述各中继段的上行传输光纤中含至少2根上行光纤；本系统所述光纤干涉仪为包含3×3光纤耦合器的光纤干涉仪；探测光源发出的探测光信号进入光纤干涉仪分为两束，一束沿本段下行传输光纤进行下行传输，另一束作为本地光信号；在该中继段下行传输光纤产生的后向瑞利散射信号在本段光纤干涉仪与本地光信号相干产生扰动监测信号，光纤干涉仪输出两路相位差120°的该中继段海底光缆的扰动监测信号，分别接入此中继段的两个滤波器，滤波器选择透射的本段相应波长的扰动监测信号分别经此中继段的两个光纤耦合器进入上行传输光纤中的两根上行光纤，分别经两根上行光纤上的上行中继放大器回传，经采样设备数字采样后传输到解调设备，采样设备包括光电转换和模数转换模块，将光信号光电转换为电信号，再模数转换为数字信号；解调设备区分各段的扰动监测信号，并对数据分析解调，预警各段海底光缆的安全状态；所述探测光源为窄线宽调频连续波光源，波长数等于海底光缆中继段的数量n，其光纤内的相干长度大于2倍的海底光缆中继段长；所述各中继段的滤波器共为n种，透射n种不同波长；按照探测光信号下行传输的顺序安排第1～n个中继段的滤波器为透射第1～n种波长的滤波器，每个中继段的滤波器选择透射一种波长的扰动监测信号，即每个中继段的扰动监测信号都是某种波长的连续光信号；每个中继段相同波长的两路相位差120°的扰动监测信号被该中继段的两个光纤耦合器或者两个光分插复用器波分复用于上行传输光纤中的两根上行光纤；同一上行光纤上的光纤耦合器或者光分插复用器则将波长不同的扰动监测信号合束，即经波分复用将各中继段的扰动监测信号复用于同一上行光纤，两路相位差120°的扰动监测信号由各段的两个光纤耦合器或者两个光分插复用器分别复用于两根上行光纤；解调设备根据波长分辨不同中继段的扰动监测信号，根据两根不同的上行光纤分辨同一中继段不同相位差的扰动监测信号；或者，所述探测光源为单波长脉冲调频光源，探测光源的脉冲宽度为海底光缆中继段的往返延时；脉冲周期大于待监测的有中继海底光缆的全跨距的往返延时；探测光信号在某个中继段的下行传输光纤产生的后向瑞利散射信号与本地光信号相干，各中继段的两路相位差120°的扰动监测信号分别由各段的两个光纤耦合器依次合束于两根上行光纤，拼接成为两个一连串的不重叠的脉冲信号，解调设备根据脉冲前沿时间分辨不同中继段的扰动监测信号，根据两根不同的上行光纤分辨同一中继段不同相位差的扰动监测信号；或者，所述探测光源为m个波长调频脉冲光源，2≤m＜n，探测光源的脉冲宽度为m倍的海底光缆中继段的往返延时；脉冲周期大于待监测的有中继海底光缆的全长的往返延时；m种滤波器依次循环配置于各中继段，各中继段的滤波器选择透射本段波长的扰动监测信号，同一中继段相同波长的两路相位差120°的扰动监测信号被本段的两个光纤耦合器复用于上行传输光纤中的两根上行光纤；同一上行光纤内相同波长的扰动监测信号因所处中继段的位置不同故脉冲时延不同；同一上行光纤上的光纤耦合器将各中继段波长不同、时延不同的扰动监测信号合束，即经波分复用和时分复用将各中继段的扰动监测信号复用于同一上行光纤，两路相位差120°的扰动监测信号由各段的两个光纤耦合器分别波分复用和时分复用于两根上行光纤；解调设备根据波长和脉冲前沿时间分辨不同中继段的扰动监测信号，根据两根不同的上行光纤分辨同一中继段不同相位差的扰动监测信号；所述光纤干涉仪为包括3×3光纤耦合器和光纤反射镜的迈克尔逊干涉仪；探测光信号经消偏器接入3×3光纤耦合器的第1端口，分为3束，其中一束由3×3光纤耦合器的第4端口输出，接入下行传输光纤继续下行传输，所产生的后向瑞利散射信号由该第4端口返回3×3光纤耦合器；3×3光纤耦合器分出的另两束探测光信号中的一束由3×3光纤耦合器的第5或第6端口输出到达光纤反射镜被反射回第5或第6端口作为本地光信号，在3×3光纤耦合器本地光信号与后向瑞利散射信号相干，所得干涉信号由3×3光纤耦合器第2端口和第3端口分别输出相位差120°的相干外差信号作为本段海底光缆的扰动监测信号。 2.根据权利要求1所述的两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：所述探测光源为双波长调频脉冲光源，探测光源的脉冲宽度为2倍的海底光缆中继段的往返延时。 3.根据权利要求1中所述的两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：探测光源的脉冲宽度稍小于中继段往返延时，脉冲宽度与中继段往返延时的差为10纳秒至0.5微秒。 4.根据权利要求1至3中任一项所述的两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：所述光纤干涉仪还可以为MZ光纤干涉仪，即包括光纤分路器、光纤环形器和3×3光纤耦合器的光纤干涉仪，光纤分路器的分光比为(5/95)～(50/50)，探测光信号在光纤分路器分为2路，其中一路大分光比的光信号接入光纤环形器的第一端口，之后由光纤环形第二端口输出，接入下行传输光纤继续下行传输；光纤分路器输出的小分光比的光信号作为本地光信号经消偏器接入3×3光纤耦合器的第一端口；探测光信号在下行传输光纤上产生的后向瑞利信号由光纤环形器第二端口返回到光纤环形器，并由光纤环形器的第三端口经另一消偏器接入所述3×3光纤耦合器的第二或第三端口，在3×3光纤耦合器本地光信号与后向瑞利散射信号相干，3×3光纤耦合器第四、第五和第六端口中的两个输出两路相位差120°的海底光缆扰动监测信号。 5.根据权利要求1至3中任一项所述的两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：本系统增加分支海光缆的扰动监测支路；主干海底光缆的某个中继段接入的分支设备连接1根或2根分支海光缆，探测光源为窄线宽调频连续光源，探测光信号在分支设备的1×2光纤分路器分为2路，一路沿主干海底光缆的下行传输光纤继续下行传输，另一路进入下行波分复用器，将各分支海光缆的探测光信号解波分，并波分复用至各分支海光缆，分别接入各分支缆光纤干涉仪，分支海光缆的探测光信号经过各分支缆光纤干涉仪后沿各分支海光缆继续下行传输，在各分支海光缆上产生的后向瑞利散射信号与其本地光信号在分支缆光纤干涉仪相干得到该分支海光缆此段的两路相位差120°的扰动监测信号，各分支海光缆的两路相位差120°的扰动监测信号分别接入2个上行波分复用器进行滤波和合波，分别进入主干海底光缆该中继段的2个光纤耦合器或者2个光分插复用器，与主干海底光缆两根上行光纤上的其它扰动监测信号复用。 6.根据权利要求5所述的两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：主干海底光缆上串联有N个分支设备，N≥2，探测光源为M个波长调频脉冲光源，当主干海底光缆上两个相邻分支设备之间的距离与每个分支设备所接的分支海光缆长度的比值大于或等于1小于2时，若每个分支设备接有1根分支海光缆，多波长调频脉冲光信号增加2个波长、即M＝m+2，分支海光缆探测光信号的脉冲宽度是分支缆往返延时2倍；若每个分支设备接有2根分支海光缆，多波长调频脉冲光信号增加4个波长、即M＝m+4，分支海光缆探测光信号的脉冲宽度是分支缆往返延时2倍；当主干海底光缆上两个相邻分支设备之间的距离与每个分支设备所接的分支海光缆的长度的比值等于或大于2时，若每个分支设备接有1根分支海线光缆，多波长调频脉冲光信号仅需增加1个波长、即M＝m+1，分支海光缆探测光信号的脉冲宽度是分支海光缆往返延时的P倍，P等于或大于2、小于或等于分支设备之间的距离与分支海光缆的长度的比值；若每个分支设备接有2根分支海线光缆，多波长调频脉冲光信号增加2个波长、即M＝m+2，分支海光缆探测光信号的脉冲宽度是分支海光缆往返延时的P倍，P等于或大于2、小于或等于分支设备之间的距离与分支海光缆的长度的比值；当某个或某几个分支设备所接的分支海光缆的长度大于主干海底光缆上两个相邻分支设备之间的距离时，探测光信号为M个波长的调频脉冲信号，分支海光缆探测光信号的调频脉冲宽度是最长分支缆往返延时的2倍，分支海光缆探测光信号的调频脉冲宽度与两个相邻分支设备间往返延时的比值为探测光信号用于监测分支海光缆扰动所增加的波长数m’，m’为上述比值的小数部分进位取整，M＝m+m’。 7.根据权利要求6所述的两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：当某个或某几个分支设备所接的分支海光缆的长度大于主干海底光缆上两个相邻分支设备之间的距离时，用于监测分支海光缆扰动的波长数m’超过分支海光缆数量的1/2，监测分支海光缆的探测光信号为窄线宽调频连续波光信号，每个分支海光缆各占一个波长，用两根上行光纤使用波分复用方式回传相位差120°的各分支海光缆扰动监测信号。 8.根据权利要求6所述的两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统，其特征在于：当某根分支海光缆也采用多段中继放大的结构时，增加2个波长的调频脉冲信号为专用于监测该分支海光缆的探测光信号，所增该分支海光缆的探测光信号的脉冲宽度为分支缆中继段长度往返延时的2倍，脉冲周期大于分支海光缆往返延时；2路相位差120°的分支海光缆上行扰动监测信号由分支海光缆某中继段光纤干涉仪输出、经该分支海光缆的该中继段滤波器选择波长并由该分支海光缆该中继段的2个光纤耦合器复用于分支海光缆的2根上行光纤，并由其分支设备的光纤耦合器或光分插复用器复用至主干海底光缆的2根上行光纤，回传至岸基解调设备。