激光与光电子学进展, 2023, 60 (1): 0100001, 网络出版: 2022-12-05  

光网络的通感一体化技术研究前沿 下载: 1225次封面文章

Research Frontier of Communication and Sensing Integration Technology for Optical Networks
作者单位
1 中国联合网络通信有限公司研究院,北京 100048
2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
图 & 表

图 1. 石英光纤中典型的光散射14

Fig. 1. Typical light scattering in quartz optical fiber[14]

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图 2. 典型的OTDR系统结构示意图14

Fig. 2. Typical OTDR system structure diagram[14]

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图 3. 典型的P-OTDR系统结构示意图15

Fig. 3. Typical P-OTDR system structure diagram[15]

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图 4. 典型的C-OTDR系统结构示意图17

Fig. 4. Typical C-OTDR system structure diagram[17]

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图 5. 典型的RDTS系统结构示意图22

Fig. 5. Typical RDTS system structure diagram[22]

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图 6. 典型的BOTDR系统结构示意图25

Fig. 6. Typical BOTDR system structure diagram[25]

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图 7. 光纤路由检测实验30。(a)实验选择的光纤路径;(b)带GPS的机械振动装置;(c)分布式光纤传感系统

Fig. 7. Fiber optic route detection experiment[30]. (a) Experimentally selected optical fiber path; (b) mechanical vibration device with GPS; (c) distributed optical fiber sensing system

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图 8. 带保护功能的监测系统37

Fig. 8. Monitoring system with protection function[37]

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图 9. 基于BOTDR的光网络监测系统38

Fig. 9. Optical network monitoring system based on BOTDR[38]

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图 10. 分布式光纤传感技术实现入侵监测41。(a)双向传输系统;(b)实验结果

Fig. 10. Intrusion monitoring by distributed optical fiber sensing technology[41]. (a) Bidirectional transmission system; (b) experimental result

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图 11. 利用分布式光纤传感技术实现交通监测43-44。(a)系统设置;(b)车辆状态监测

Fig. 11. Traffic monitoring using distributed optical fiber sensing technology[43-44]. (a) System setup; (b) vehicle condition monitoring

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图 12. 交通监测实验45。(a)实验所用运营商光缆的路由标识;(b)基于霍夫变换算法的数据处理;(c)基于判决阈值的车辆特征提取

Fig. 12. Traffic monitoring experiment[45]. (a) Routing identification of carrier optical cable used in experiment; (b) data processing based on Hough transform algorithm; (c) vehicle feature extraction based on decision threshold

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图 13. 变电站之间的高压线路监测实验47。(a)系统示意图;(b)线路温度与结冰情况监测

Fig. 13. High-voltage line monitoring experiment between substations[47]. (a) System schematic diagram; (b) temperature and icing monitoring of line

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图 14. 利用通信光缆实现管道监测51。(a)实验场位置标识;(b)气体泄漏监测;(c)漏油监测

Fig. 14. Pipeline monitoring by communication optical cable[51]. (a) Location identification of experiment; (b) gas leak monitoring;

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图 15. 用于特征识别的混淆矩阵18。(a)一维卷积神经网络的方法;(b)传统的机器学习方法

Fig. 15. Confusion matrix for feature recognition[18]. (a) One-dimensional convolutional neural network method; (b) traditional machine learning method

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图 16. 文献统计DTS在各领域应用分布占比情况59

Fig. 16. Proportion of DTS application in various fields according to literature statistics[59]

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图 17. 日内瓦湖底温度测试实验60。(a)所用原有光缆资源示意图;(b)实验获得的温度数据

Fig. 17. Temperature test at bottom of Lake Geneva[60]. (a) Schematic diagram of original optical cable resources; (b) temperature data obtained in experiment

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图 18. 地震监测实验1964。(a)所用海缆系统的示意图;(b)海缆的截面图;(c)光纤传感器获取的地震断裂带数据

Fig. 18. Earthquake monitoring experiment[19,64]. (a) Schematic diagram of sea cable system; (b) cross-sectional drawings of sea cable; (c) seismic fault zone data obtained by optical fiber sensors

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表 1光纤中典型的光学散射及分布式传感技术

Table1. Typical optical scattering and distributed sensing techniques in optical fibers

Scattering typeOptical parameterTypical systemSensing parameter
Rayleigh scatteringAmplitudeOTDRFiber length,average loss
PolarizationP-OTDRVibration,polarization mode dispersion(PMD)
Phase

φ-OTDR

(C-OTDR)

Sound wave,vibration
Raman scatteringAmplitudeRDTSTemperature
Brillouin scatteringFrequency shiftBOTDRTemperature,strain

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张传彪, 唐雄燕, 王光全, 张民, 沈世奎. 光网络的通感一体化技术研究前沿[J]. 激光与光电子学进展, 2023, 60(1): 0100001. Chuanbiao Zhang, Xiongyan Tang, Guangquan Wang, Min Zhang, Shikui Shen. Research Frontier of Communication and Sensing Integration Technology for Optical Networks[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2023, 60(1): 0100001.

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