автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка методов и средств мониторинга оптических волокон кабельных линий связи на основе поляризационной рефлектометрии

На правах рукописи

Дмитриев Евгений Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ МОНИТОРИНГА ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

1 9 ДЕК ¿1)13

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 2013

005544144

005544144

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО ПГУТИ).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор, Бурдин Владимир Александрович

Мелентьев Владимир Сергеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», заведующий кафедрой информационно-измерительной техники

Осипов Олег Владимирович,

доктор физико-математических наук, доцент, ФГОБУ ВПО ПГУТИ, проректор по информатизации и образовательным технологиям

ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ»

Защита состоится "30" декабря 2013 года в 1000 на заседании диссертационного совета Д219.003.02 при Поволжском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу: 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, д. 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОБУ ВПО ПГУТИ.

Автореферат разослан "29" ноября 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д219.003.02, доктор технических наук, профессор

Мишин Д.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современное развитие волоконно-оптической связи и постоянно возрастающий объем передаваемой информации выдвигают на первый план задачу обеспечения эффективности функционирования волоконно-оптических линий передачи (BOJTTT). Телекоммуникационные компании, имеющие протяженные оптические сети связи, в последнее время инвестируют немалые средства в обеспечение высокого качества и надежного функционирования линейно-кабельных сооружений ВОЛП, основным элементом которых являются оптические кабели (OK).

Обеспечение эффективного функционирование кабелей связи требует выбора оптимальной стратегии технического обслуживания. Для протяженных объектов с высокими требованиями по надежности, к которым относятся и BOJTTT, наиболее перспективными являются корректирующая и прогнозирующая стратегии, базирующиеся на мониторинге параметров линий, задачей которого является выявление потенциальной угрозы повреждений. В том числе дефектов оптических волокон (OB) на ранней стадии их развития.

Диагностика современных систем автоматического мониторинга волокон оптических кабелей связи (RFTS - Remote Fiber Test Systems) базируется на анализе характеристик обратного рассеяния, полученные методами оптической ре-флектометрии, впервые предложенные M.K. Barnoski, S.M. Jensen и S.D. Personick. Данные методы основаны на измерении мощности оптического излучения, распространяющегося в волокне, которая практически полностью сосредоточена в сердцевине тестируемого OB. Вместе с тем, срок службы кварцевых OB связан с ростом микротрещин, развивающихся с поверхности оболочки световода OB от начальных размеров зародыша до момента, когда их размер достигает некоторого критического значения, при котором OB разрушается. Соответственно, по результатам измерения мощности обратного релеевского рассеяния, распространяющегося в волокне, можно обнаруживать микротрещины, зеркальная зона которых уже достигает границ сердцевины OB. То есть когда волокно уже разрушается. Фактически подобные системы мониторинга констатируют факт разрушения OB.

Бриллюэновские оптические рефлектометры позволяют измерять распределение механических напряжений по длине волокна, что является основой для прогноза срока службы оптических волокон. В основе их работы - измерения сдвига между частотой сигнала бриллюэновского рассеяния и частотой зондирующего сигнала, распространяющихся в OB. Мощность сигналов, распространяющихся в волокне, в основном сосредоточена в его сердцевине, что, как отмечено в работах С.Г. Акопова, J. Jay, O.B. Длютрова и др., не позволяет применять его для выявления локальных дефектов в оболочке световода и микроизгибов OB. Кроме того, высокая стоимость существенно ограничивает возможность их применения в системах мониторинга.

В работах A.J. Rogers, J.G. Ellison, A.S. Siddiqui, A. Galtarossa, C.R. Menyuk,

М. М^иПраЛ, Я.Е. 5сЬиЬ, Б.С. КазЫе1§Ь, N. С151п и др. показано, что поляризационные характеристики обратного рассеяния (ТТХОР) ОВ чувствительны к внешним воздействиям на волокно. Данная особенность широко применяется в системах распределенных волоконно-оптических датчиков, в которых ОВ выполняет роль сенсорного элемента. Возможности применения интерферометрических и поляриметрических методов ограничены малыми расстояниями в сотни метров - единицы километров. Обладающие высокой чувствительностью когерентные рефлектометры применяются, в основном, в системах охранной сигнализации и, как правило, предназначены для регистрации вибраций. Для локализации участков, характеризующихся повышенными значениями поляризационной модовой дисперсии, предназначены импульсные поляризационные рефлектометры обратного рассеяния. Реализуемых в них методы измерения длины биений не позволяют обнаруживать и определять место расположение локальных дефектов. Однако, особенности ПХОР позволяют предположить возможность обнаружения локального дефекта в оболочке световода волокна по результатам сравнения ПХОР, измеренных в процессе мониторинга ОВ: до и после проявления дефекта.

Вышесказанное делает актуальной задачу исследования и разработки мониторинга ОВ на основе методов поляризационной рефлектометрии в целях обеспечения эффективного функционирования ВОЛП.

Цель работы - разработка методов и средств мониторинга оптических волокон кабельных линий связи на основе поляризационной рефлектометрии в целях обеспечения эффективности функционирования ВОЛП.

Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы следующие задачи:

1. Исследование возможности применения методов поляризационной рефлектометрии для обнаружения роста микротрещин в оболочке световода волокна в процессе мониторинга ОК.

2. Разработка метода поляризационной рефлектометрии для обнаружения и определения местоположения новых локальных событий на ПХОР ОВ.

3. Исследование чувствительности и погрешностей метода поляризационной рефлектометрии по обнаружению событий разного типа (микротрещина в оболочке световода, радиальная нагрузка, изгиб ОВ).

4. Разработка практических рекомендаций по обеспечения эффективности функционирования кабелей связи за счет мониторинга ОВ методами поляризационной рефлектометрии и обнаружения локальных дефектов в оболочке световода ОВ на ранней стадии развития.

Методы исследования. В диссертации представлены результаты исследований, полученные с помощью теории поляризации света и эллипсометрии, теории оптических волноводов, математического аппарата дифференциального и интегрального исчислений, математической статистики и математического моделирования. Численные расчеты производились в среде МагЬаЬ.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки задач, обоснованностью использования допущений и ограничений,

применением известных математических методов, непротиворечивостью результатов и выводов, предельными переходами отдельных полученных результатов в известные соотношения для оптических волноводов, экспериментальной апробацией.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель расчета оценок двулучепреломле-ния ступенчатого ОВ с микротрещиной в оболочке зависимости от радиуса зеркальной зоны.

2. Доказана возможность обнаружения и локализации микротрещины в оболочке ОВ с радиусом зеркальной зоны более 1,5 радиусов сердцевины ОВ по результатам сравнения ПХОР, измеренных в процессе мониторинга ОВ.

3. Разработан метод определения места повреждения ОВ, основанный на анализе корреляционных характеристик между контрольной и текущей ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга ОВ при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов, что подтверждено решением о выдаче патента на изобретение по заявке № 2012130591 от 29.08.2013.

4. Разработан метод обнаружения последовательно расположенных локальных событий по результатам сравнения ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов.

Личный вклад

Основные результаты диссертационной работы, обладающие научной новизной, получены автором лично. Научные положения диссертации соответствуют пункту 11 паспорта специальности 05.12.13.

Практическая ценность результатов работы

1. Получены количественные оценки длины биений ОВ на участках с событиями типа радиальная нагрузка, изгиб, микротрещина в оболочке световода волокна.

2. Получена количественная оценка погрешности локализации нового события в ОВ по результатам сравнения ПХОР в зависимости от длительности зондирующего импульса и длины «скользящего окна».

3. Разработаны практические рекомендации по выявлению и локализации новых событий в процессе мониторинга на основе поляризационной рефлекто-метрии.

4. Разработаны практические рекомендации по расширению функционала установленных на сети систем мониторинга оптических кабелей за счет включения оптического модуля на выходе удаленного комплекта и установки дополнительного соответствующего программного обеспечения.

Материалы диссертационной работы использовались при выполнении научно-исследовательских работ по договору №¡729-13-14 по теме «Разработка учебно-методических комплексов и макетов учебно-исследовательских стендов для организации обучения по магистерской программе на базовой кафедре

ПГУТИ» в рамках реализации Программы инновационного развитая ОАО «Ростелеком» на 2011-2015 годы.

Положения, выиосимые на защиту:

1. Математическая модель расчета оценок двулучепреломления ступенчатого ОВ с микротрещиной в оболочке зависимости от радиуса зеркальной зоны.

2. Метод определения места повреждения ОВ, основанный на анализе корреляционных характеристик между контрольной и текущей ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга ОВ при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов.

3. Результаты экспериментального анализа погрешности локализации нового события в ОВ по результатам сравнения ПХОР в зависимости от длительности зондирующего импульса и длины «скользящего окна».

4. Метод обнаружения последовательно расположенных локальных событии, основанный на сравнении ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационного исследования внедрены в ОАО «Ростелеком», ФГОБУ ВПО «Московский технический университет связи и информатики», а также в учебный процесс ФГОБУ ВПО ПГУТИ, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы

Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на V, VII, IX, X, XI XIII МНТК «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Самара, 2004 г., Самара, 2006 г., Казань, 2008 г. Самара 2009 г., Уфа, 2010 г., Уфа, 2012 г.); на V, VI, VII, VIII, X Международной конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» (Самара, 2004 г Казань, 2008 г., Самара, 2009 г., Уфа, 2010 г., Уфа, 2012 г.); на III, VI, VII, X МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов» (Волгоград 2004 г Самара, 2006 г., Казань, 2007 г., Самара, 2008 г., Самара, 2011 г.); на Зм Российском семинаре по волоконным лазерам (Уфа, 2009 г.); на 3-ей, 4-ой Всероссийской конференции по волоконной оптике «ВКВО» (Пермь, 2011 г., 2013 г)- на МНТК «Нигматуллинские чтения-2013» (Казань, 2013 г.); на 5й отраслевой научной конференции «Технологии информационного общества» (Москва, 2011 г)-на научно-технической конференции «Технологии телекоммуникаций'корпора-тивных сетей» (Самара, 2008 г.); а также XII, XIII, XV, XVI, XVII, XVIII, XIX Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ (Самара, 2005 г. 2006 г 2008 г' 2009 г., 2010 г., 2011 г., 2012 г.). '

Публикации

По тематике диссертационных исследований автором (лично и в соавторстве) опубликовано 40 печатных трудов. Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 статьях в периодических

научных издании, в том числе - 4 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, и 15 публикаций в форме тезисов докладов на международных и российских конференциях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 120 страницах основного текста, содержит 5 таблиц, 47 рисунков, список литературы включает 135 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и основные задачи исследования, описаны состав и структура работы, показаны ее научная новизна и практическая ценность, представлены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена разработке метода для обнаружения и определения местоположения новых локальных событий в ОВ ОК.

Представлен обзор известных на сегодняшний день методов, позволяющих выявлять различные воздействия на ОВ. Анализ данных методов показал, что наибольшей чувствительностью к изменению напряжений в ОВ, обусловленных различными факторами, обладают методы контроля состояния ОВ по поляризационным характеристикам. Однако, возможности существующих реализаций данного метода для решения поставленной задачи достаточно ограничены и требуют соответствующей доработки и адаптации.

Для решения поставленной задачи разработан метод определения места повреждения ОВ, в основе которого лежит сравнение контрольной и текущей ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга ОВ. Алгоритм сравнения основан на построении скользящего коэффициента корреляции между указанными ПХОР, распределение которого по длине ОВ представляет собой корреляционную характеристику.

В целях проверки способности предлагаемого метода обнаруживать новые локальные события, которые не выявляются традиционными методами оптической рефлектометрии, и оценивания погрешности локализации этих событий были проведены испытания на физической модели волоконно-оптической линии, собранной из двух длин стандартного одномодового ОВ типа SMF-28e на катушках. В качестве локального события был выбран дефект в оболочке ОВ как наиболее сложный для выявления случай. Дефект создавали с помощью ручки-скалывателя, которой наносили царапину на поверхности оболочки в непосредственной близости от подготовленного к сварке торца волокна. Наличие и глубину дефекта контролировали по «тепловым изображениям», полученным с помощью сварочного аппарата Ericsson FSU 975 (рис.1).

Измерения проводились с помощью POTDR, реализованного на основе типового OTDR Anritsu MW9075 с подключенным на входе оптическим модулем с волоконным поляризатором/анализатором поляризации.

; .. î , Î-И gf%„ „ обРОЧ '

ВЫл и* ГОР ОБР : ESC ; ВЬ)Я из ГОР ОБР.: ESÇ ;

(а) (б) (в)

Рисунок 1 - Изображения оптического волокна с дефектом в рассеянном свете (а), «тепловое изображение» (б) и трехмерное тепловое изображение (в)

Экспериментальная апробация предложенного метода показала возможность обнаружения и локализации дефектов в оболочке световода, которые не определяются методами традиционной рефлектометрии. Однако, анализ результатов эксперимента показал, что необходимо оценить возможность применения данного метода для выявления иных отдельных видов событий на линии: локальная радиальная нагрузка на ОВ, изгиб волокна, а также механическое и сварное соединение.

В то же время, испытания показали, что при повторном подключении POTDR к ОВ через оптический разъем ПХОР, измеренные до и после повторного подключения могут быть некореллированы. Кроме того, если в процессе мониторинга POTDR не отключали, то на ближнем конце ПХОР коррелированы, а уже за первым от ближнего конца дефектом они некоррелированы. Это объясняется локальным изменением состояния поляризации на разъемном соединении, дефектах ОВ и прочих локальных событиях. Было предположено, что изменение состояния поляризации на локальном участке ОВ, содержащем событие, можно компенсировать путем включения контроллера поляризации на входе POTDR.

Вторая глава посвящена моделированию ПХОР ОВ с локальными событиями и воздействиями, а также разработке математических моделей оценок дву-лучепреломления ступенчатого ОВ с микротрещиной в оболочке.

Для оценки потенциальных возможностей использования предложенного метода поляризационной рефлектометрии для обнаружения и определения местоположения новых локальных событий на ПХОР ОВ были проведены теоретические исследования на базе известной модели кусочно-регулярной ВОЛП, адаптированной на рассматриваемый случай и учитывающей статистический характер вариации длины биений и длины корреляции.

Рассматриваемая модель сигнала POTDR основана на известном представлении ОВ в виде последовательного соединения элементарных сегментов с линейным двулучепреломлением и сегментов, описывающих случайный характер поворота главных оптических осей вдоль ОВ. При этом элементарный сегмент ОВ с линейным двулучепреломлением описывался матрицей Джонса. Участки ОВ, подверженные воздействию, характеризуются повышенным двулучепреломлением и, как правило, поворотом оптических осей.

Рассмотрены известные модели оценки двулучепреломления некоторых типов воздействий, таких как локальная радиальная нагрузка и изгиб OB, которые достаточно хорошо описаны в работах S.C. Rashleigh, R. Ulrich, W. Eickhoff и ряда других авторов. Однако, обзор известных источников не позволил выявить работы, описывающие двулучепреломления на микротрещинах в оболочке световода волокна.

Для описания микротрещины в оболочке световода используется известный подход, который базируется на оценивании радиуса зеркальной зоны.

Здесь двулучепреломление моды неизогнутого отрезка OB представлено в виде суммы двух составляющих, одна из которых Вд является двулучепреломле-нием, обусловленным нарушением осевой симметрии профиля показателя преломления световода, а вторая Bs - двулучепреломление OB, создаваемое в результате асимметричного действия на него механических напряжений. При этом одно-модовое OB со ступенчатым профилем показателя преломления с микротрещиной в оболочке описывается коаксиальной диэлектрической волнове-дущей конструкцией, поперечное сечение которой представлено на рис. 2, где b - радиус световода; 2rw - ширина зеркальной зоны микротрещины; в — азимутальная координата; й(б) - расстояние от центра

световода до границы зеркаль- D ...

un» л гисунок 2 - Модель сечения световода: 1 - сердце-

нои зоны, dp - расстояние от вина световода; 2-оболочка световода; 3-зеркаль-

оптическои оси световода до ная зона микротрещины; 4 - первичное защитно-

границы зеркальной зоны. упрочняющее эпоксиакрилатное покрытие.

Значение Вд определяется разностью между постоянными распространения моды вдоль медленной и быстрой осей:

Вд = (Рх - Ру)/к, к = 2п/Х

где Л - длина волны.

А. Снайдером и Дж. Лавом методом возмущений получено решение, описывающее двулучепреломление ступенчатого световода с бесконечно малой неоднородностью в сердцевине. По аналогии с данным решением было получено выражение для расчета двулучепреломления ступенчатого световода с микротрещиной в оболочке, модель которой представлена на рисунке 2. Постоянные распространения моды вдоль осей определяются:

ßx = ß+¡(\ex\2 + \ez\2)dS, ßy=ß+^j hl'dS, (1) sp sp

а двулучепреломление В = ßx — ßy, соответственно, выражением:

j (\ex\2-\ey\2 + \ez\2)dS. (2)

В = ■ _ 2Ы

Здесь ех, еу, е2 — составляющие поля моды невозмущенного световода; р — постоянная распространения моды невозмущенного световода; N - нормировка для моды невозмущенного световода; 5р - площадь локальной неоднородности в сечении световода.

В результате составляющую Вд предлагается описывать выражением вида:

о 9 Фт Ь

V Лг.2 П£

«ад I "" ) (3)

1 Ж V-J^J ^IIJLUIV WVV1 UllUil^J UQ ll^V^yiUl UV 1 V/1 VUIlVUftiiHL Ii

j" ri^^ ]cos2

NK\iW) J Cßa)2 W2 J

Т

<рт = агсзт(г>/Ь), Дп} = п\-пга, /? = -, где пС1 — показатель преломления материала оболочки световода; пг — показатель преломления материала в зоне локальной неоднородности; а - радиус сердцевины световода; К0, К^, К2, — модифицированные функции Бесселя второго рода; 1}, IV — модовые параметры сердцевины и оболочки световода соответ-

ственно.

Составляющую Bs оценивают с помощью следующей формулы: Bs = (С2 - СО • Оу - <тх)

J-^C1 - tan 6>) de, (pm = aresin(rw/b), ß = 0,5 EccT/( 1 - u), Д(0) = b • cos в - Jr} - b2 sin20, rx < b

(4)

где Cv C2 - постоянные, принимающие для кварцевого стекла следующие значения: С1 = 7,42-10"6 мм2/кг, С2 = 4,102-Ю"5 мм2/кг; ах,ау - средние значения составляющих напряжения в сердцевине световода, ориентированные вдоль осей х, у, или их значения в центре сердцевины; Е — модуль Юнга материала световода; а- коэффициент расширения кварцевого стекла; Т - разность температур; v - коэффициент Пуассона. Для чистого кварцевого стекла (оболочка световода) можно полагать Е = 7830 кг/мм2, v = 0,186, а = 5,4-10'71/ °С, Т = -850 "С.

Проведенные на базе разработанной методики расчеты показали, что результирующая величина двулучепреломления и, соответственно, длина биений ступенчатого OB, обусловленные ростом микротрещины в оболочке световода, полностью определяются первой составляющей Bs.

Так, при уменьшении радиуса зеркальной зоны длина биений возрастает и при (гх/а) -> 0 стремится к бесконечности, что соответствует идеально круглому световоду. Однако, с увеличением радиуса зеркальной зоны уже при значениях более полутора радиусов сердцевины световода значения длины биений снижаются примерно на порядок и более по сравнению с типичными значениями для промышленных образцов ОВ в кабелях связи.

Таким образом, ПХОР ОВ характеризуются высокой чувствительностью к появлению новых локальных дефектов в оболочке световода волокна даже на ранней стадии их развития в процессе технической эксплуатации ВОЛП.

Для определения места повреждения ОВ необходимо провести сравнение контрольной и текущей ПХОР без и с наличием локальных событий, соответственно, провести расчет корреляционных характеристик. При этом участок, на котором имеет место повреждение ОВ, соответствует участку ПХОР, на котором коэффициент корреляции изменяется на величину, превышающую пороговое значение.

Анализ полученных результатов сравнения корреляционных характеристик модельных ПХОР ОВ без событий и с новым локальным событием показал возможность его выявления с погрешностью не более 10 м. Установлено, что локальное механическое воздействие на ОВ существенно изменяет ПХОР на участке от положения события до конца линии. Подтверждена возможность компенсации изменения состояния поляризации на локальном участке ОВ, содержащем новое событие, с помощью контроллера поляризации, подключаемого на выходе POTDR к тестируемой линии. Благодаря включению контроллера поляризации обеспечивается получение текущих ПХОР с максимальным коэффициентом корреляции на ближнем и дальнем конце линии относительно положения событий. Таким образом, участок линии, на котором имеет место повреждение ОВ, идентифицируется как участок, на котором коэффициент корреляции изменяется на величину, превышающую некоторое пороговое значение, а расстояние до места повреждения определяется как расстояние до точки пересечения корреляционных характеристик контрольной и текущих ПХОР, полученных при максимальных значениях коэффициента корреляции на ближнем и дальнем конце соответственно. '

Проведено моделирование ПХОР кусочно-регулярной ВОЛП с несколькими последовательно расположенными новыми локальными событиями и подключенным на выходе POTDR контроллером поляризации. Разработан метод обнаружения последовательно расположенных локальных событий, который в отличие от известных решений, заключается в сравнении контрольной и текущих ГОСОР, полученных при максимальных значениях коэффициента корреляции на ближнем и дальнем конце, соответственно.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям на физических моделях ВОЛП потенциальных возможностей использования предложенного метода поляризационной рефлектометрии для выявления и локализации событий разного типа.

Предварительно было сформулированы три основных критерия, которым должна отвечать физическая модель события: 1) невозможность выявления типовыми (УГО11; 2) простой способ реализации; 3) обеспечение повторяемости.

С учетом вышеприведенных требований были разработаны физические модели следующих видов событий на промышленных образцах ОВ, представляющих собой бухты длиной 600-700 метров каждая: изгиб волокна, локальная радиальная нагрузка на ОВ, микротрещина в оболочке световода волокна.

Для формирования изгибов кольцо ОВ с начальным радиусом 30 мм помещали между двумя параллельными пластинами и, уменьшая расстояниям между ними, получали изгибы с размерами меньше критического. Это позволило контролировать значение радиуса изгиба и в то же время не оказывать других влияний на ОВ. Радиальная нагрузка имитировалась путем зажатия ОВ в прецизионном оптическом скалывателе. При этом нагрузка к ОВ прикладывалась на двух площадках шириной 4 мм, а прижимная сила составляет 5.5 Н.

Радиус зеркальной зоны микротрещины на поверхности оболочки ОВ согласно результатам, полученным в главе 2 теоретических расчетов, должен достигать не менее 1,5 радиусов сердцевины тестируемого световода, что для стандартных одномодовых ОВ составляет 12,5 мкм. При этом граница микротрещины не должна достигать границы раздела сердцевина/оболочка и прилегающей к ней зоне. Микротрещина формировалась следующим образом. Предварительно участок образца ОВ с удаленным первичным защитно-упрочняющим эпоксиакрилатным покрытием размещался в У-образной канавке прецизионного оптического скалывателя с дисковым ножом и фиксировался с одной стороны штатным зажимом, а с другой - липкой лентой. Затем нож скалывателя прокатывался в двух направлениях не менее Зх раз. После чего волокно извлекалось из скалывателя и выдерживалось не менее 5 мин в свободном состоянии до начала проведения измерений для устранения влияния сторонних нежелательных внешних воздействий, в том числе вибраций, на результаты тестов.

Дополнительно исследовались типовые механические сростки и сварные соединения волоконных световодов, реализованные с помощью типовых комплектов оборудования для монтажа ОВ.

Для оценки чувствительности предложенного метода выявления новых локальных событий были проведены измерения на макете участка ВОЛП, составленного из четырех образцов ОВ, общей протяженностью 3,3 км. Была проведена перемотка одного из образца ОВ для организации доступа к участку, находящемуся на расстоянии порядка 100 м от одного из концов бухты, и последующего формирования на нем локального события.

Измерения проводились с помощью РОТОЯ, реализованного на базе типового ОТОЯ НР Е6000А с подключенной на входе оптической схемой на основе волоконного поляризатора.

|-т I,;

а) б)

Рисунок 3 - Пример результатов для линии с внесением локального радиального воздействия - сравнение ПХОР (а); корреляционная характеристика (б)

Анализ полученных корреляционных зависимостей показал возможность локализации отдельных видов событий с погрешностью не более 10 м. При этом, сопоставление результатов измерений с расчетными данными, полученными на основе предложенной модели, показало хорошее совпадение. Кроме того, экспериментально подтвердилась чувствительность изменения ПХОР к появлению новых локальных событий вне зависимости от их вида и степени проявления. Это позволило при проведении следующих серий тестов ограничиться введением локальной радиальной нагрузки на ОВ как наиболее простое с точки зрения практической реализации локальное событие.

В тоже время, как показали результаты теоретических исследований, проведенных в главе 2, включение контроллера поляризации на входе РОТОЯ позволяет снизить погрешность локализации события и обеспечивает возможность выявления нескольких новых локальных событий на ОВ. Поэтому при проведении следующей серии тестов измерения проводились с включением контроллера поляризации на входе РОТОЯ. В данном случае после формирования дефекта добивались совмещения исходной и текущей ПХОР сначала на ближнем конце линии, а затем - на дальнем. Анализ полученных в результате экспериментальных измерений корреляционных характеристик подтвердил возможность использования контроллера поляризации для компенсации локального изменения состояния поляризации на длине ОВ, а также согласование текущей ПХОР с контрольной в случае переподключения РОТОЯ.

На следующем этапе были проведены экспериментальные исследования возможности локализации последовательно расположенных дефектов. Для этого на макете формировалось два события в виде радиальной нагрузки на расстоянии 230 м друг от друга. Измерения и последующая обработка ПХОР проводились в соответствии с разработанным методом обнаружения последовательно расположенных локальных событий. Анализ полученных результатов сопоставления модельных и измеренных ПХОР показал хорошее совпадение (рис. 4).

Далее были проведены исследования количественной оценки погрешности локализации нового события в ОВ в зависимости от длительности зондирующего импульса и длины «скользящего окна», используемого при построении корреляционной характеристики. Рассматривалась физическая модель участка ВОЛП

общей протяженностью 53,8 км, состоящей из более 80 бухт ОВ. Событие формировалось на одном из подготовленных образцов ОВ на расстоянии 33,03 км от ближнего конца линии. Всего было проведено свыше 40 испытаний. Анализ результатов показал, что погрешность локализации уменьшается до нескольких метров при вычислении корреляционной характеристики с использованием «скользящего окна» длиной примерно 10 и более длин зондирующего импульса.

Рисунок 4 - Корреляционные характеристики при обнаружении последовательно расположенных локальных событий

В четвертой главе представлены практические рекомендации по мониторингу ОВ кабельных линий с использованием РОТОЯ.

Разработан способ и на основании его методика определения места повреждения ОВ, который отличается от известных решений тем, что оптическое волокно подключают к рефлектометру через контроллер поляризации, при измерении текущих поляризационных характеристик обратного рассеяния с помощью контроллера поляризации изменяют состояние поляризации оптического излучения на входе оптического волокна, рассчитывают коэффициенты корреляции контрольной и текущей поляризационных характеристик обратного рассеяния на участках оптического волокна, запоминают характеристики изменения коэффициента корреляции вдоль длины оптического волокна при максимальном значении коэффициента корреляции контрольной и текущей поляризационных характеристик обратного рассеяния на ближнем конце и при максимальном значении коэффициента корреляции контрольной и текущей поляризационных характеристик обратного рассеяния на дальнем конце, определяют на этих характеристиках участок, на котором имеет место повреждение, как участок, на котором коэффициент корреляции изменяется на величину, превышающую пороговое значение, и определяют расстояние от ближнего конца до места повреждения как расстояние до точки пересечения характеристик изменения коэффициента корреляции контрольной и текущей поляризационных характеристик обратного рассеяния вдоль длины оптического волокна при максимальном значении коэффициента корреляции на ближнем и дальнем конце, соответственно.

Это позволяет провести модернизацию инсталлированных на сети систем мониторинга ОК без демонтажа удаленного комплекта ИРТБ путем включения описанного выше оптического модуля, вносимое затухание которого составляет

1000 2000 3000 4000 5000 6000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

не более 2 дБ, к выходу типового ОПЖ и установи! дополнительного соответствующего программного обеспечения.

На основании предложенного способа определения места повреждения ОВ разработана методика перевода линии в режим «Предупреждение», а также идентификации состояния линии «Предупреждение» и «Повреждение» в системах мониторинга ВОЛП.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Доказана возможность обнаружения и локализации микротрещины в оболочке ОВ с радиусом зеркальной зоны более 1,5 радиусов сердцевины ОВ по результатам сравнения ПХОР, измеренных в процессе мониторинга ОВ.

2. Разработан метод определения места повреждения ОВ, основанный на анализе корреляционных характеристик между контрольной и текущей ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга ОВ при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов.

3. Разработана математическая модель расчета оценок двулучепреломле-ния ступенчатого ОВ с микротрещиной в оболочке, обусловленного нарушением осевой симметрии профиля показателя преломления и осевой асимметрией распределения механических напряжений по сечению световода, позволяющая учитывать радиус зеркальной зоны микротрещины.

4. Получена количественная оценка погрещности локализации нового события в ОВ по результатам сравнения ПХОР в зависимости от длительности зондирующего импульса и длины «скользящего окна».

5. Разработан метод обнаружения последовательно расположенных локальных событий по результатам сравнения ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов.

6. Разработаны рекомендации по модернизации установленных на сети систем мониторинга ОК, позволяющие повысить эффективность функционирования кабелей связи за счет обнаружения локальных дефектов в оболочке световода ОВ на ранней стадии развития.

Основные публикации по теме диссертации: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Дмитриев Е.В. Локализация дефектов оболочки волоконного световода на коротких длинах оптического волокна / Бурдин В.А., Дмитриев Е.В. // Инфокоммуникационные технологии. -2010.-т. 8, № З.-С. 34-37.

2. Дмитриев Е.В. Методы и средства локализации дефектов волокна в строительных длинах оптического кабеля / Бурдин В.А., Дмитриев Е.В. // Вестник связи. - 2010. - № 7.-С. 19-21.

3. Дмитриев Е.В. Локализация дефектов оболочки волоконного световода по результатам обработки поляризационных рефлектограмм / Дмитриев Е.В. // Обозрение прикладной и промышленной математики. - 2010. - т. 17, №6. — С. 866-867.

4. Дмитриев Е.В. Метод локализации дефектов оболочки оптического волокна / Дмитриев Е.В. // Т-Сошт: Телекоммуникации и транспорт. - 2011. — № 8. -С. 44-46.

Публикации в других изданиях

5. Дмитриев Е.В. Метод локализации дефектов оптических волокон на коротких длинах оптического кабеля / Дмитриев Е.В. // Proceedings of SPIE. - 2011. - т. 7992. - С. 79920Н-1 - 79920Н-6 (опубл. на англ. яз.).

6. Дмитриев Е.В. Локализация дефектов оболочки оптического волокна / Бурдин ВА., Дашков М.В., Дмитриев Е.В., Качков ДА. // Фотон-Экспресс. - 2011. -№6 (94). С. 222-223.

7. Дмитриев Е.В. Выявление и локализация дефектов оптических волокон на основе мониторинга поляризационных характеристик обратного рассеяния / Бурдин В.А., Дашков М.В., Дмитриев Е.В. // Proceedings of SPIE. - 2013. - т. 8787. - С. 87870G-1 -87870G-10 (опубл. на англ. яз.).

8. Дмитриев Е.В. Применение поляризационной рефлекгометрии для мониторинга оптических волокон кабельных линий связи / Бурдин В.А., Дашков М.В., Дмитриев Е.В. // Фотон-Экспресс. - 2013. - №6 (110). - С. 281-282.

9. Дмитриев Е.В. Система мониторинга оптических кабелей для реализации прогнозирующей стратегии обслуживания линий передачи сетей связи / Андреев В.В., Бурдин В.А., Дмитриев Е.В., Сивков B.C. // Фотон-Экспресс. - 2013. - №6 (110). - С. 271-272.

10. Дмитриев Е.В. Локализация дефектов оптических волокон с использованием POTDR / Бурдин В.А., Дмитриев Е.В. / Тезисы докладов V МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов». - 2006. - Самара. - С. 297

11. Дмитриев Е.В. Исследование потенциальных возможностей локализации участков оптического волокна с повышенным механическим напряжением поляризационным оптическим рефлектометром / Бурдин В.А., Дашков М.В., Дмитриев Е.В. // Тезисы докладов VI МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов». - 2007. -Казань.-С. 288-289.

12. Дмитриев Е.В. Способ локализации дефектов оболочки оптических волокон кабелей связи / Дмитриев Е.В. // Тезисы докладов IX МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов». — 2010. -Миасс. — С. 126-127

13. Дмитриев Е.В. Метод локализации дефектов волокон строительных длин оптических кабелей связи / Дмитриев Е.В. // Тезисы докладов XI МНТК «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций». - 2010. - Уфа. - С. 346-347

14. Дмитриев Е.В. Обнаружение и локализация участков кабельной линии с ускоренной деградацией оптических волокон / Бурдин В.А., Дашков М.В., Дмитриев Е.В. // Тезисы докладов XIII МНТК «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций». -2012.-Уфа.-С. 345-347

15. Дмитриев Е.В. Физические модели дефекта на поверхности оболочки оптического волокна / Бурдин В.А., Дашков М.В., Дмитриев Е.В. // Тезисы докладов XIII МНТК «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций». - 2012. -Уфа. - С. 351-352

16. Дмитриев Е.В. Исследование влияния размера «скользящего окна» на погрешность метода поляризационной рефлекгометрии при определении места повреждения оптического волокна / Дмитриев Е.В. // Тезисы докладов XIV МНТК «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций». - 2013. - Самара. - С. 545-548.

Подписано в печать 28.11.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman.. Заказ № 1657. Печать оперативная. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Отпечатано в издательстве учебной научной литературы Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики 443090, г. Самара, Московское шоссе, 77 т.: (846) 228-00-44

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»

04201454412

На правах рукописи

Дмитриев Евгений Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ МОНИТОРИНГА ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ

Специальность 05.12.13 — Системы, сети и устройства телекоммуникаций

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Бурдин Владимир Александрович

Самара — 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Таблица используемых сокращений 5 Введение............................................................................................................. 7

Глава 1. Разработка метода выявления и локализации дефектов в

оболочке световода оптического волокна 20

1.1. Методы выявления новых событий в процессе мониторинга оптических волокон 20

1.2. Описание предлагаемого метода определения места повреждения ОВ............................................................................................. 25

1.3. Экспериментальная апробация метода 30

1.4. Выводы 38

Глава 2. Моделирование поляризационных характеристик обратного рассеяния с локальными событиями и воздействиями 41

2.1. Общие положения 41

2.2. Модель поляризационной характеристики обратного рассеяния ОВ.................................................................................................... 42

2.3. Модели отдельных событий на ВОЛП 44

2.4. Модель микротрещины....................................................................... 49

2.4.1. Двулучепреломление стандартного ступенчатого оптического волокна с микротрещиной

в оболочке световода......................................................................... 49

2.4.2. Модель микротрещины на поверхности

оболочки световода 50

2.4.3. Расчет оценок двулучепреломления, обусловленного асимметрией распределения механических напряжений в сечении световода 54

2.4.4. Оценка составляющей двулучепреломления, обусловленной действием механических напряжений 57

2.4.5. Расчет двулучепреломления и длины биений ступенчатого ОВ в зависимости от размера микротрещины....................................................................................... 59

2.5. Модель кусочно-регулярной модели ВОЛП

с локальными событиями........................................................................... 62

2.6. Исследование возможности применения вращения поляризации для локализации новых событий 69

2.7. Исследование возможности локализации

последовательности событий 73

2.8. Выводы 73

Глава 3. Экспериментальные исследования на физических

моделях 77

3.1. Общая схема эксперимента............................................................................................................................77

3.2. Методы физического моделирования дефектов оптического волокна..............................................................................................................................................................................................................................80

3.3. Физические модели участка ВОЛП............................................................................................83

3.4. Локализация событий разного типа..........................................................................................83

3.5. Локализация событий с применением контроллера поляризации............................................................................................................................................................................................................89

3.6. Оценка погрешности локализации нового события

в ОВ по результатам сравнения ПХОР 91

3.7. Выводы..............................................................................................................................................................................................................95

Глава 4. Рекомендации по мониторингу оптических волокон

кабельных линий с использованием РОТБИ 98

4.1. Общие положения по технической эксплуатации транспортных сетей связи.......................................................................... 98

4.2. Реализация системы мониторинга оптических волокон по

поляризационным характеристикам обратного рассеяния 100

4.3. Оценка эффективности мониторинга оптических волокон по поляризационным характеристикам

обратного рассеяния..................................................................................... 105

4.4. Выводы....................................................................................................... 113

Заключение....................................................................................................... 115

Список литературы...................................................................................... 121

Приложение А. Акты внедрения результатов диссертационной работы............................................................................ 133

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Аварийно-восстановительная работа АВР

Волоконно-оптическая линия передачи ВОЛП

Геоинформационная система ГИС

Гипотетический эталонный тракт ГЭТ

Линейно-кабельные сооружения ЛКС Международный союз электросвязи. Сектор стандартизации МСЭ-Т электросвязи

Оптическое волокно ОВ

Одномодовый волоконный световодов ОВС

Оптический кабель ОК

Объект технической эксплуатации ОТЭ

Основной цифровой канал ОЦК

Поляризационная модовая дисперсия ПМД

Поляризационная характеристика обратного рассеяния ПХОР

Плезиохронная цифровая иерархия ПЦИ

Ремонтно-восстановительная бригада РВБ

Руководящий документ РД

Система мониторинга оптического кабеля СМОК

Синхронная цифровая иерархия СЦИ

Техническое обслуживание ТО

Техническая эксплуатация ТЭ

Цифровая система передачи ЦСП

Бриллюэновский анализатор обратного рассеяния во BOTDA временной области (Brillouin Optical Time Domain Analyzer)

Бриллюэновский рефлектометр обратного рассеяния во BOTDR временной области (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)

Когерентный оптический рефлектометр (Coherent OTDR) Кодовый рефлектометр обратного рассеяния во временной области (Coded optical time domain reflectometer) Распределенные волоконно-оптические датчики (Distributed optical fiber sensors)

Плотное спектральное мультиплексирование (Dense Wavelength Division Multiplexing)

Непрерывная частотная модуляция сигнала (Frequency-Modulated Continuous-Wave)

Станции контроля сети (Optical Network Terminal)

Модуль доступа для тестирования волокон (Optical Test Access

Unit)

Оптический рефлектометр обратного рассеяния во временной области (Optical Time Domain Reflectometer) Поляризационный оптический рефлектометр (Polarization-OTDR)

Система автоматического мониторинга волокон (Remote Fiber Test Systems)

Блок дистанционного тестирования (Remote Test Unit) Синхронный транспортный модуль (Synchronous Transport Module)

Центральный блок управления (Test System Control)

CO-OTDR Coded OTDR DOFS

DWDM

FMCW

ONT OTAU

OTDR

POTDR

RFTS

RTU STM

TSC

Введение

Актуальность темы. Современное развитие волоконно-оптической связи и постоянно возрастающий объем передаваемой информации выдвигают на первый план задачу обеспечения эффективности функционирования волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП). Телекоммуникационные компании, имеющие протяженные оптические сети связи, в последнее время инвестируют немалые средства в обеспечение высокого качества и надежного функционирования линейно-кабельных сооружений ВОЛП, основным элементом которых являются оптические кабели (OK).

Обеспечение эффективного функционирование кабелей связи требует выбора оптимальной стратегии технического обслуживания. Для протяженных объектов с высокими требованиями по надежности, к которым относятся и ВОЛП, наиболее перспективными являются корректирующая и прогнозирующая стратегии, базирующиеся на мониторинге параметров линий, задачей которого является выявление потенциальной угрозы повреждений. В том числе дефектов оптических волокон (OB) на ранней стадии их развития.

Диагностика современных систем автоматического мониторинга волокон оптических кабелей связи (RFTS - Remote Fiber Test Systems) базируется на анализе характеристик обратного рассеяния, полученные методами оптической рефлектометрии, впервые предложенные M.K. Barnoski, S.M. Jensen и S.D. Personick. Данные методы основаны на измерении мощности оптического излучения, распространяющегося в волокне, которая практически полностью сосредоточена в сердцевине тестируемого OB. Вместе с тем, срок службы кварцевых OB связан с ростом микротрещин, развивающихся с поверхности оболочки световода OB от начальных размеров зародыша до момента, когда их размер достигает некоторого критического значения, при котором OB разрушается. Соответственно, по результатам измерения мощности обратного релеевского рассеяния, распространяющегося в волокне, можно обнаруживать микротрещины, зеркальная зона которых уже достигает границ сердцевины

OB. To есть когда волокно уже разрушается. Фактически подобные системы мониторинга констатируют факт разрушения OB.

Бриллюэновские оптические рефлектометры позволяют измерять распределение механических напряжений по длине волокна, что является основой для прогноза срока службы оптических волокон. В основе их работы - измерения сдвига между частотой сигнала бриллюэновского рассеяния и частотой зондирующего сигнала, распространяющихся в OB. Мощность сигналов, распространяющихся в волокне, в основном сосредоточена в его сердцевине, что, как отмечено в работах С.Г. Акопова, J. Jay, O.B. Длютрова и др., не позволяет применять его для выявления локальных дефектов в оболочке световода и микроизгибов OB. Кроме того, высокая стоимость существенно ограничивает возможность их применения в системах мониторинга.

В работах A.J. Rogers, J.G. Ellison, A.S. Siddiqui, A. Galtarossa, C.R. Menyuk, M. Wuilpart, R.E. Schuh, S.C. Rashleigh, N. Gisin и др. показано, что поляризационные характеристики обратного рассеяния (ПХОР) OB чувствительны к внешним воздействиям на волокно. Данная особенность широко применяется в системах распределенных волоконно-оптических датчиков, в которых OB выполняет роль сенсорного элемента. Возможности применения ин-терферометрических и поляриметрических методов ограничены малыми расстояниями в сотни метров — единицы километров. Обладающие высокой чувствительностью когерентные рефлектометры применяются, в основном, в системах охранной сигнализации и, как правило, предназначены для регистрации вибраций. Для локализации участков, характеризующихся повышенными значениями поляризационной модовой дисперсии, предназначены импульсные поляризационные рефлектометры обратного рассеяния. Реализуемых в них методы измерения длины биений не позволяют обнаруживать и определять место расположение локальных дефектов. Однако, особенности ПХОР позволяют предположить возможность обнаружения локального дефекта в оболочке световода волокна по результатам сравнения ПХОР, измеренных в процессе мониторинга OB: до и после проявления дефекта.

Вышесказанное делает актуальной задачу исследования и разработки мониторинга ОВ на основе методов поляризационной рефлектометрии в целях обеспечения эффективного функционирования ВОЛП.

Цель работы - разработка методов и средств мониторинга оптических волокон кабельных линий связи на основе поляризационной рефлектометрии в целях обеспечения эффективности функционирования ВОЛП.

Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы следующие задачи:

1. Исследование возможности применения методов поляризационной рефлектометрии для обнаружения роста микротрещин в оболочке световода волокна в процессе мониторинга ОК.

2. Разработка метода поляризационной рефлектометрии для обнаружения и определения местоположения новых локальных событий на ПХОР ОВ.

3. Исследование чувствительности и погрешностей метода поляризационной рефлектометрии по обнаружению событий разного типа (микротрещина в оболочке световода, радиальная нагрузка, изгиб ОВ).

4. Разработка практических рекомендаций по обеспечения эффективности функционирования кабелей связи за счет мониторинга ОВ методами поляризационной рефлектометрии и обнаружения локальных дефектов в оболочке световода ОВ на ранней стадии развития.

Методы исследования. В диссертации представлены результаты исследований, полученные с помощью теории поляризации света и эллипсометрии, теории оптических волноводов, математического аппарата дифференциального и интегрального исчислений, математической статистики и математического моделирования. Численные расчеты производились в среде Ма^аЬ.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки задач, обоснованностью использования допущений и ограничений, применением известных математических методов, непротиворечивостью результатов и выводов, предельными переходами отдельных полученных результатов в известные соотношения для оптических волноводов, экспериментальной апробацией.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель расчета оценок двулучепрелом-ления ступенчатого ОВ с микротрещиной в оболочке зависимости от радиуса зеркальной зоны.

2. Доказана возможность обнаружения и локализации микротрещины в оболочке ОВ с радиусом зеркальной зоны более 1,5 радиусов сердцевины ОВ по результатам сравнения ПХОР, измеренных в процессе мониторинга ОВ.

3. Разработан метод определения места повреждения ОВ, основанный на анализе корреляционных характеристик между контрольной и текущей ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга ОВ при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов, что подтверждено решением о выдаче патента на изобретение по заявке № 2012130591 от 29.08.2013.

4. Разработан метод обнаружения последовательно расположенных локальных событий по результатам сравнения ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов.

Личный вклад

Основные результаты диссертационной работы, обладающие научной новизной, получены автором лично. Научные положения диссертации соответствуют пункту 11 паспорта специальности 05.12.13.

Практическая ценность результатов работы:

1. Получены количественные оценки длины биений ОВ на участках с событиями типа радиальная нагрузка, изгиб, микротрещина в оболочке световода волокна.

2. Получена количественная оценка погрешности локализации нового события в ОВ по результатам сравнения ПХОР в зависимости от длительности зондирующего импульса и длины «скользящего окна».

3. Разработаны практические рекомендации по выявлению и локализации новых событий в процессе мониторинга на основе поляризационной ре-флектометрии.

4. Разработаны практические рекомендации по расширению функционала установленных на сети систем мониторинга оптических кабелей за счет включения оптического модуля на выходе удаленного комплекта и установки дополнительного соответствующего программного обеспечения.

Материалы диссертационной работы использовались при выполнении научно-исследовательских работ по договору №729-13-14 по теме «Разработка учебно-методических комплексов и макетов учебно-исследовательских стендов для организации обучения по магистерской программе на базовой кафедре ПГУТИ» в рамках реализации Программы инновационного развития ОАО «Ростелеком» на 2011 -2015 годы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель расчета оценок двулучепреломления ступенчатого ОВ с микротрещиной в оболочке зависимости от радиуса зеркальной зоны.

2. Метод определения места повреждения ОВ, основанный на анализе корреляционных характеристик между контрольной и текущей ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга ОВ при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов.

3. Результаты экспериментального анализа погрешности локализации нового события в ОВ по результатам сравнения ПХОР в зависимости от длительности зондирующего импульса и длины «скользящего окна».

4. Метод обнаружения последовательно расположенных локальных событий, основанный на сравнении ПХОР, измеряемых в процессе мониторинга при изменении состояния поляризации зондирующего и принимаемого оптических сигналов.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационного исследования внедрены в ОАО «Ростелеком», ФГОБУ ВПО «Московский технический университет связи и информатики», а также в учебный процесс ФГОБУ ВПО ПГУТИ, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы

Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на V, VII, IX, X, XIXIIIМНТК «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Самара, 2004 г., Самара, 2006 г., Казань, 2008 г., Самара, 2009 г., Уфа, 2010 г., Уфа, 2012 г.); на V, VI, VII, VIII, X Международной конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» (Самара, 2004 г., Казань, 2008 г., Самара, 2009 г., Уфа, 2010 г., Уфа, 2012 г.); на III, VI, VII, X МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов» (Волгоград, 2004 г., Самара, 2006 г., Казань, 2007 г., Самара, 2008 г., Самара, 2011 г.); на Зм Российском семинаре по волоконным лазерам (Уфа, 2009 г.); на 3-ей, 4-ой Всероссийской конференции по волоконной оптике «ВКВО» (Пермь, 2011 г., 2013 г.); на МНТК «Нигматуллинские чтения-2013» (Казань, 2013 г.); на 5й отраслевой научной конференции «Технологии информационного общества» (Москва, 2011 г.); на научно-технической конференции «Технологии телекоммуникаций корпоративных сетей» (Самара, 2008 г.); а также XII, XIII, XV,

XVI, XVII, XVIII, XIX Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ (Самара, 2005 г., 2006 г., 2008 г., 2009 г., 2010 г., 2011 г., 2012 г.).

Публикации

По тем�