2.1.2 Когерентная временная рефлектометрия.

Одним из способов улучшения рабочих характеристик оптического рефлектометра является применение схемы когерентного приема. Это позволяет получить максимальную чувствительность оптического приемника. Применение когерентного приема в рефлектометрии (CO-OTDR) имеет такое достоинство, как использование оптическим передатчиком и приемником одного и того же источника опорного сигнала (гетеродина), что позволяет избежать трудности при стабилизации частоты оптического излучения. Основной принцип когерентной рефлектометрии может быть рассмотрены по блок-схеме, приведенной на рис.2.2.

Рис.2.2. Упрощенная блок-схема когерентного рефлектометра

Шум оптического приемника преимущественно состоит из дробового шума, определяемого темновым током i_d. Шумы гетеродина и остальных элементов схемы могут быть выражены через эквивалентную мощность шума P_NEP оптического приемника. Отношение сигнал/шум на выходе приемника задано отношением среднеквадратических значений сигнала и шума:

(2.4)

где e – заряд электрона, ħω – энергия фотона, η – квантовый выход фотодетектора, P_LO – оптическая мощность гетеродина, P_rbs – мощность обратно рассеянного сигнала, B – ширина полосы пропускания оптического приемника.

Предполагая, что оптическая мощность гетеродина существенно больше уровня его шумов, то она становится преобладающей по сравнению с остальными компонентами (и поэтому ими можно пренебречь), и для отношения сигнал/шум можно записать следующее соотношение

(2.5)

Данная величина определяет квантовомеханический предел чувствительности оптического приемника.

Эта техника обработки сигналов достаточно сложна и требовательна. Пространственная разрешающая способность когерентного рефлектометра определяется скоростью акустооптического модулятора и его способностью генерировать как можно более короткие импульсы.

2.1.3 Корреляционная рефлектометрия с применением псевдослучайного сигнала.

Основная идея метода заключается в соответствующем применении автокорреляционной функции псевдослучайного сигнала (PRS – Pseudorandom Signal). При выборе соответствующих параметров псевдослучайного сигнала, его автокорреляционная функция может быть аппроксимирована с хорошей точностью дельта-функцией δ(t).

Псевдослучайный сигнал представляет собой биполярный периодический сигнал. Каждый период состоит из серии N случайно распределенных положительных и отрицательных импульсов прямоугольной формы. Продолжительность каждого импульса определяется сигналом синхронизации. Псевдослучайный сигнал является детерминированным и может быть точно воспроизведен, но его корреляционные свойства имеют сходство с подлинным непериодическим сигналом, типа гауссова шума. Применение псевдослучайного сигнала для тестирования ВС позволяет завести в него гораздо больше энергии, чем в традиционной рефлектометрии. Это имеет большое значение для увеличения динамического диапазона, и в то же время этот подход делает возможным сохранение пространственной разрешающей способности на том же уровне, как и в традиционной рефлектометрии. Основные принципы метода можно объяснить, используя упрощенную блок-схему корреляционного рефлектометра, которая приведена на рис.2.3.

Рис.2.3. Упрощенная блок-схема корреляционного рефлектометра

Конечное выражение для отношения сигнал/шум записывается в виде

(2.6)

где K_L –полное число “мнимых” секций ВС, и k – число, показывающее порядок секции, от которой поступает сигнал, . Выражение (2.6) показывает, что отношение сигнал/шум прямо пропорционально числу импульсов в одном периоде псевдослучайного сигнала, и зависит достаточно сложным образом от положения x в оптоволокне (через k), коэффициента затухания α, групповой скорости v_g и длительности синхроимпульсов T_t (через q).

Основной проблемой данного метода [11] является достаточно большое время измерения.