[go: up one dir, main page]

RU2575303C2 - Method of continuous control of optical fiber disorders - Google Patents

Method of continuous control of optical fiber disorders Download PDF

Info

Publication number
RU2575303C2
RU2575303C2 RU2012133685/07A RU2012133685A RU2575303C2 RU 2575303 C2 RU2575303 C2 RU 2575303C2 RU 2012133685/07 A RU2012133685/07 A RU 2012133685/07A RU 2012133685 A RU2012133685 A RU 2012133685A RU 2575303 C2 RU2575303 C2 RU 2575303C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
readings
control
samples
observation
values
Prior art date
Application number
RU2012133685/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012133685A (en
Inventor
Владимир Владимирович Шубин
Ольга Николаевна Нарышкина
Сергей Иванович Овечкин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2012133685/07A priority Critical patent/RU2575303C2/en
Publication of RU2012133685A publication Critical patent/RU2012133685A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2575303C2 publication Critical patent/RU2575303C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: invention relates to the methods of optical fiber (OF) continuous control and may be used as an algorithm for the software within the protection system controller of FOTS for restricted information. Method of disordered optical fiber continuous control comprises recept, detection of optical signals from a fiber optic line, amplification, integration and analog-to-digital conversion of the received analog electric signals. Before control, define the number of observation readings N, current yj and previous yj-1 values of average sample values for N readings from formula: y j = 1 N i = 1 N y i
Figure 00000019
where i - current value of ADC readings; compare current yj and previous yj-1 values of averages sample values while increasing the number of observation readings N to the condition under which y j y j 1 = 1 E M P ,
Figure 00000020
where EMP is a least significant digit value of ADC; set the number of control readings n less than N, then at control at every instant k calculate the sum of squared deviations of readings yi of Lk mean observation when the number of control readings n from formula: L k = i = k n k ( y i 1 N n i = k N k n y i ) 2 ,
Figure 00000021
carry out continuous control of disorders comparing Lk with a predetermined threshold value LP, if Lk > LP, shut down transmission of optical signals.
EFFECT: obtained technical result is correlation of the observation time with the start of disorder signal and optimal choice of observation time.
1 dwg

Description

Изобретение относится к способам непрерывного контроля оптических волокон (ОВ) и может быть использовано в качестве алгоритма для программного обеспечения контроллера системы защиты ВОСП информации ограниченного доступа.The invention relates to methods for continuous monitoring of optical fibers (OB) and can be used as an algorithm for the software controller of the system for protecting FOSP information of limited access.

Известен «Способ повышения вероятности обнаружения вывода излучения из оптического волокна» (Патент РФ №2349039 от 27.11.2006 г., опубликован в БИ №7 от 10.03.2009 г.), который является наиболее близким к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа.The well-known "Method of increasing the probability of detecting the output of radiation from an optical fiber" (RF Patent No. 2349039 dated November 27, 2006, published in BI No. 7 dated March 10, 2009), which is the closest to the claimed method and is therefore selected as a prototype .

Вышеуказанный способ состоит в приеме, детектировании оптических сигналов с волоконно-оптической линии, усилении, интегрировании и аналого-цифровом преобразовании полученных аналоговых электрических сигналов, которые в цифровой форме сравниваются с контрольным значением таким образом, что в случае снижения амплитуды сигнала ниже контрольного значения на заданную величину формируется сигнал тревоги. Через каждое заданное таймером количество отсчетов N, составляющих j-й цикл, вычисляется среднее выборочное значениеThe above method consists in receiving, detecting optical signals from a fiber optic line, amplifying, integrating and analog-to-digital converting the received analog electric signals, which are digitally compared with a control value in such a way that if the signal amplitude decreases below the control value by a predetermined value value an alarm is generated. After each number of samples N constituting the jth cycle specified by the timer, the average sample value is calculated

Y j = ( 1 / N ) i = 1 N Y i , ( 1 )

Figure 00000001
Y j = ( one / N ) i = one N Y i , ( one )
Figure 00000001

которое запоминается и используется в последующих циклах. Для вычисления контрольного сигнала используется формулаwhich is remembered and used in subsequent cycles. To calculate the control signal, use the formula

Ф J + k = N i = 1 ( Y i Y j ) / Y i Y j / . ( 2 )

Figure 00000002
F J + k = N i = one ( Y i - Y j ) / Y i - Y j / . ( 2 )
Figure 00000002

После окончания каждого j-го цикла полученная величина Фj запоминается и вычитается из значения, вычисленного в j-1, j-k1, j-k2…j-km циклах, полученная разность сравнивается с заранее заданными порогами обнаружения Фo и тревоги Фт, и в случае если выполняется одно из условийAfter the end of each j-th cycle, the obtained value Ф j is stored and subtracted from the value calculated in j-1, j-k1, j-k2 ... j-km cycles, the obtained difference is compared with the predefined detection thresholds Ф o and alarm Ф t , and if one of the conditions

/ Ф j Ф j 1 / Ф т , ( 3 ) / Ф j Ф j k 1 / Ф т , / Ф j Ф j k 2 / Ф т , / Ф j Ф j k 3 / Ф т , / Ф j Ф j k 3 / Ф т ,

Figure 00000003
/ F j - F j - one / F t , ( 3 ) / F j - F j - k one / F t , / F j - F j - k 2 / F t , / F j - F j - k 3 / F t , ... ... ... ... ... ... ... / F j - F j - k 3 / F t ,
Figure 00000003

то формируется сигнал тревоги. В случае если выполняется одно из условийan alarm is generated. If one of the conditions

Ф т / Ф j Ф j 1 / Ф o , ( 4 ) Ф т / Ф j Ф j k 1 / Ф o , Ф т / Ф j Ф j k 2 / Ф o , Ф т / Ф j Ф j k 3 / Ф o , Ф т / Ф j Ф j k m / Ф o ,

Figure 00000004
F t / F j - F j - one / F o , ( four ) F t / F j - F j - k one / F o , F t / F j - F j - k 2 / F o , F t / F j - F j - k 3 / F o , ... ... ... ... ... ... ... ... ... F t / F j - F j - k m / F o ,
Figure 00000004

то за величину среднего выборочного значения в j+1 цикле принимается величина, вычисленная либо в j-k1-1, либо в j-k2-1, либо в j-k3-… либо в j-km- в зависимости от того, какое из условий (4) выполняется. В противном случае принимается величина, используемая в j цикле, причем k1/k2, kl2/k…km-1/km≥Фтo.then the quantity calculated either in j-k1-1, or in j-k2-1, or in j-k3- ... or in j-km- depending on which from conditions (4) is satisfied. Otherwise, the value used in the j cycle is taken, and k1 / k2, kl2 / k ... km-1 / km≥Ф t / Ф o .

Недостатками вышеуказанного способа являются:The disadvantages of the above method are:

1) отсутствие корреляции времени наблюдения и сигнала нарушения. Время появления сигнала нарушения не определено, а начало наблюдения формируется произвольно таймером;1) lack of correlation of observation time and violation signal. The time of occurrence of the violation signal is not determined, and the beginning of the observation is formed arbitrarily by the timer;

2) неоптимальный выбор времени наблюдения. Оптимальным следует считать время, в течение которого на принятие решения не влияют внешние и внутренние помехи.2) non-optimal choice of observation time. The optimum should be considered the time during which the decision is not affected by external and internal interference.

Решаемой технической задачей является создание способа непрерывного контроля оптического волокна с повышенной вероятностью обнаружения нарушения.The technical problem to be solved is the creation of a method for continuous monitoring of optical fiber with an increased probability of detecting a violation.

Достигаемым техническим результатом является - корреляция времени наблюдения с началом сигнала нарушения и оптимальный выбор времени наблюдения.The technical result achieved is the correlation of the observation time with the beginning of the violation signal and the optimal choice of the observation time.

Для достижения технического результата в способе непрерывного контроля нарушений оптического волокна, заключающемся в приеме, детектировании оптических сигналов с волоконно-оптической линии, усилении, интегрировании и аналого-цифровом преобразовании полученных аналоговых электрических сигналов, новым является то, что перед контролем определяют количество отсчетов наблюдения N, текущее yj и предыдущее yj-1 значения средних выборочных величин за количество отсчетов N из соотношения:To achieve a technical result in a method for continuously monitoring optical fiber disturbances, which consists in receiving, detecting optical signals from a fiber optic line, amplifying, integrating, and analog-to-digital converting the received analog electrical signals, it is new that before monitoring the number of observation samples N is determined , current y j and previous y j-1 values of average sample values for the number of samples N from the relation:

y j = 1 N i = 1 N y i ( 5 )

Figure 00000005
y j = one N i = one N y i ( 5 )
Figure 00000005

где i - текущее значение отсчетов АЦП, сравнивают текущее yj и предыдущее yj-1 значения средних выборочных величин при увеличении количества отсчетов наблюдения N до условия, при которомwhere i is the current value of the ADC samples, compare the current y j and previous y j-1 values of the average sample values with an increase in the number of observation samples N to the condition under which

y j y j 1 = 1 е м р , ( 6 )

Figure 00000006
y j - y j - one = one e m R , ( 6 )
Figure 00000006

где емр - единица младшего разряда АЦП, устанавливают количество отсчетов контроля n меньше, чем N, после чего при контроле в каждый момент времени k вычисляют сумму квадратов отклонений отсчетов yi от среднего выборочного значения Lk при количестве отсчетов контроля n из соотношения:where EMP - ADC discharge unit Jr., setting the number of control samples n is smaller than N, then at the control at each time k computes the sum of squares of deviations samples yi by the average sample value L k when the number of control samples n from the relation:

L k = i = k n k ( y i 1 N n i = k N k n y i ) 2 , ( 7 )

Figure 00000007
L k = i = k - n k ( y i - one N - n i = k - N k - n y i ) 2 , ( 7 )
Figure 00000007

осуществляют непрерывный контроль нарушений путем сравнения Lk с предварительно заданным пороговым значением Lп, в случае, если Lk>Lп, производят отключение передачи оптических сигналов.carry out continuous monitoring of violations by comparing L k with a predetermined threshold value of L p , if L k > L p , the transmission of optical signals is disabled.

Новая совокупность существенных признаков позволяет повысить вероятность обнаружения нарушений оптического волокна за счет корреляции времени наблюдения с началом сигнала нарушения и оптимальный выбор времени наблюдения.A new set of essential features makes it possible to increase the probability of detecting optical fiber disturbances due to the correlation of the observation time with the beginning of the violation signal and the optimal choice of observation time.

На фиг.1 представлена диаграмма реализации способа контроля.Figure 1 presents a diagram of the implementation of the control method.

Предлагаемый способ контроля реализуется следующим образом. Принимаемые оптические сигналы усиливаются, детектируются и интегрируются. В результате входные оптические сигналы в виде суперпозиции постоянного сигнала, шума и смещений из-за внутренних и внешних воздействий поступают на вход контроллера. Входной аналоговый сигнал, который пропорционален коэффициенту передачи между оптическими полюсами ВОСП, подвергают аналого-цифровому преобразованию (АЦП).The proposed control method is implemented as follows. Received optical signals are amplified, detected and integrated. As a result, the input optical signals in the form of a superposition of a constant signal, noise, and bias due to internal and external influences are fed to the input of the controller. The input analog signal, which is proportional to the transfer coefficient between the optical poles of the FOTS, is subjected to analog-to-digital conversion (ADC).

Период дискретизации АЦП - tд, который определяется верхней частотой входного сигнала в соответствии с теоремой Котельникова:The ADC sampling period is t d , which is determined by the upper frequency of the input signal in accordance with the Kotelnikov theorem:

t д 1 / 2 f , ( 8 )

Figure 00000008
t d one / 2 f , ( 8 )
Figure 00000008

где f - верхняя частота в спектре входного аналогового сигнала.where f is the upper frequency in the spectrum of the input analog signal.

Количество уровней дискретизации по амплитуде К (разрядность АЦП k=log2K) определяется по отношению среднего уровня входного сигнала U к шумуThe number of sampling levels in amplitude K (ADC bit depth = log 2 K) is determined by the ratio of the average input signal level U to noise

K ~ U / σ , ( 9 )

Figure 00000009
K ~ U / σ , ( 9 )
Figure 00000009

где σ - среднее квадратическое значение шума.where σ is the mean square noise value.

После этого определяется время, в течение которого сигнал можно считать стационарным. Для этого вычисляется среднее выборочное значение по формулеAfter this, the time during which the signal can be considered stationary is determined. For this, the average sample value is calculated by the formula

y i = 1 N i = 1 N y i , ( 10 )

Figure 00000010
y i = one N i = one N y i , ( 10 )
Figure 00000010

где N=Тн/tд - количество отсчетов АЦП, соответствующее Тн. where N = T n / t d is the number of ADC readings corresponding to T n.

Величина N увеличивается до тех пор, пока не будет выполнено условиеThe value of N increases until the condition

y j y j 1 = 1 е м р , ( 11 )

Figure 00000011
y j - y j - one = one e m R , ( eleven )
Figure 00000011

где емр - единица младшего разряда АЦП. Полученное значение N обеспечит максимальную чувствительность способа обнаружения.where emr is the unit of the least significant bit of the ADC. The obtained value of N will provide maximum sensitivity of the detection method.

Делим количество N на две части (фиг.1). Вторая часть n - количество отсчетов, по которому производится обнаружение и выделение сигнала нарушения. Первая часть (N-n) - количество отсчетов, по которому определяется среднее выборочное значение, от которого отсчитываются последующие отклонения (на фиг.1 синяя прямая). Целесообразно, чтобы величина n была как можно больше, так как от количества отсчетов зависит точность вычисления.Divide the amount of N in two parts (figure 1). The second part n is the number of samples by which the violation signal is detected and allocated. The first part (N-n) is the number of samples from which the average sample value is determined, from which subsequent deviations are measured (blue line in Fig. 1). It is advisable that the value of n be as large as possible, since the accuracy of the calculation depends on the number of samples.

После этого в каждый момент времени k производится вычисление параметра Lk по формуле (на фиг.1 зеленая кривая):After that, at each time moment k, the parameter L k is calculated by the formula (green curve in Fig. 1):

L k = i = k n k ( y i 1 N n i = k N k n y i ) 2 . ( 12 )

Figure 00000012
L k = i = k - n k ( y i - one N - n i = k - N k - n y i ) 2 . ( 12 )
Figure 00000012

Полученное значение сравнивается с пороговым значением Lп (на фиг.1 красная прямая). В случае еслиThe obtained value is compared with the threshold value of L p (Fig. 1 is a red line). If

L k L п , ( 13 )

Figure 00000013
L k L P , ( 13 )
Figure 00000013

то считается, что обнаружен сигнал нарушения волоконно-оптической линии.It is believed that a fiber optic line violation signal has been detected.

Claims (1)

Способ непрерывного контроля нарушений оптического волокна, заключающийся в приеме, детектировании оптических сигналов с волоконно-оптической линии, усилении, интегрировании и аналого-цифровом преобразовании полученных аналоговых электрических сигналов, отличающийся тем, что перед контролем определяют количество отсчетов наблюдения N, текущее yj и предыдущее yj-1 значения средних выборочных величин за количество отсчетов N из соотношения:
y j = 1 N i = 1 N y i
Figure 00000014

где i - текущее значение отсчетов АЦП, сравнивают текущее yj и предыдущее yj-1 значения средних выборочных величин при увеличении количества отсчетов наблюдения N до условия, при котором
y j y j 1 = 1 е м р ,
Figure 00000015

где емр - единица младшего разряда АЦП, устанавливают количество отсчетов контроля n меньше, чем N, после чего при контроле в каждый момент времени k вычисляют сумму квадратов отклонений отсчетов yi от среднего выборочного значения Lk при количестве отсчетов контроля n из соотношения:
L k = i = k n k ( y i 1 N n i = k N k n y i ) 2 ,
Figure 00000016

осуществляют непрерывный контроль нарушений путем сравнения Lk с предварительно заданным пороговым значением Lп, в случае, если Lk>Lп, производят отключение передачи оптических сигналов.
A method for continuously monitoring optical fiber disturbances, which consists in receiving, detecting optical signals from a fiber optic line, amplifying, integrating, and analog-to-digital converting the obtained analog electrical signals, characterized in that the number of observation samples N, the current y j and the previous one are determined before monitoring y j-1 values of average sample values for the number of samples N from the relation:
y j = one N i = one N y i
Figure 00000014

where i is the current value of the ADC samples, compare the current y j and previous y j-1 values of the average sample values with an increase in the number of observation samples N to the condition under which
y j - y j - one = one e m R ,
Figure 00000015

where emr is the unit of the least significant bit of the ADC, the number of control samples n is less than N, and then during the control at each time moment k, the sum of the squared deviations of the samples yi from the average sample value L k is calculated with the number of control samples n from the relation:
L k = i = k - n k ( y i - one N - n i = k - N k - n y i ) 2 ,
Figure 00000016

carry out continuous monitoring of violations by comparing L k with a predetermined threshold value of L p , if L k > L p , the transmission of optical signals is disabled.
RU2012133685/07A 2012-08-06 Method of continuous control of optical fiber disorders RU2575303C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133685/07A RU2575303C2 (en) 2012-08-06 Method of continuous control of optical fiber disorders

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133685/07A RU2575303C2 (en) 2012-08-06 Method of continuous control of optical fiber disorders

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012133685A RU2012133685A (en) 2014-03-27
RU2575303C2 true RU2575303C2 (en) 2016-02-20

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2852919C1 (en) * 2025-04-21 2025-12-16 Общество с ограниченной ответственностью "ВПГ Лазеруан" Method for monitoring fibre breakage

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002003564A1 (en) * 2000-06-30 2002-01-10 Fujitsu Limited Transmission line loss testing method, slave station using the method, master station, and communication system
RU2005131314A (en) * 2005-10-11 2007-04-20 Военна академи Ракетных войск стратегического назначени им. Петра Великого (RU) METHOD FOR MONITORING FIBER OPTICAL NETWORK OF INFORMATION EXCHANGE
RU2349039C2 (en) * 2006-11-27 2009-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Method of probability detection increase of radiation coupling from optical fiber

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002003564A1 (en) * 2000-06-30 2002-01-10 Fujitsu Limited Transmission line loss testing method, slave station using the method, master station, and communication system
RU2005131314A (en) * 2005-10-11 2007-04-20 Военна академи Ракетных войск стратегического назначени им. Петра Великого (RU) METHOD FOR MONITORING FIBER OPTICAL NETWORK OF INFORMATION EXCHANGE
RU2349039C2 (en) * 2006-11-27 2009-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Method of probability detection increase of radiation coupling from optical fiber

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2852919C1 (en) * 2025-04-21 2025-12-16 Общество с ограниченной ответственностью "ВПГ Лазеруан" Method for monitoring fibre breakage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5796336A (en) Glass breakage detecting device
US9029769B2 (en) Dose rate measuring apparatus
US9726546B2 (en) Distributed optical sensing with two-step evaluation
CN108414113A (en) The fire alarm system and method for fiber optic temperature are predicted with multi-point temperature coefficient of dispersion
CN103994784A (en) Distributed optical fiber sensing positioning method based on zero crossing point analysis
CN104614091B (en) All -fiber long range high spatial resolution single photon temperature sensor
CN106254064B (en) A Receiver Local Oscillator Optical Security Monitoring Method Applicable to Continuous Variable Quantum Key Distribution
JP2020153704A (en) Vibration detection Optical fiber sensor and vibration detection method
JP5507903B2 (en) Seismic intensity estimation method and apparatus
RU2575303C2 (en) Method of continuous control of optical fiber disorders
US9733368B2 (en) Neutron measurement apparatus and neutron measurement method
CN115575349B (en) Anti-interference laser gas telemetry method and system
JP7077887B2 (en) Vibration detection Optical fiber sensor and vibration detection method
US12339402B2 (en) Method for operating a photodiode and device for carrying out the method
CN105865611A (en) Method and apparatus for adjusting fiber vibration detection threshold value
CN103994816A (en) Identification method based on optical fiber multiple events
CN109444895B (en) Vibration information positioning method for eliminating interference fading of distributed vibration sensor
RU2561247C1 (en) Method of detecting neutrons in presence of gamma-radiation
CN114111712B (en) System and method for monitoring building settlement
RU2009129492A (en) METHOD OF DYNAMIC RADIATION CONTROL
CN106767905B (en) Calculation method of correlation between two-detector fiber-optic gyroscope light source and electronic noise
CN113340210B (en) An Optical Fiber Displacement Sensing Method Based on Raman Backscattering
CN114235135B (en) Amplitude demodulation vibration positioning detection method based on double differential step sizes
US10761176B1 (en) Systems and methods for distance independent differential signature detection
US11754465B2 (en) Optical pulse testing device and optical pulse testing method