技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及光纖傳感及周界安防領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種基于3×3耦合器方案的全光纖干涉型周界安防系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
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以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的周界安防系統(tǒng)是隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來(lái)的一種新型周界防入侵技術(shù)。與其它類型的監(jiān)控技術(shù)相比,光纖傳感技術(shù)具有顯著的特點(diǎn)。光纖傳感以光纖為媒介,光波為信息載體,利用光纖的一維空間連續(xù)特性來(lái)感知和傳輸外界測(cè)量信號(hào),整個(gè)光纖長(zhǎng)度上任一點(diǎn)都是敏感點(diǎn),沿光纖鏈路不存在檢測(cè)盲區(qū)。光纖既是傳感媒質(zhì),又是傳輸介質(zhì),使得傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也大為簡(jiǎn)化。光纖本身電絕緣,抗電磁干擾,耐高溫高壓,耐化學(xué)腐蝕,布設(shè)靈活,因此適用于各種空間環(huán)境,并特別適用于易燃、易爆、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境。此外,光纖傳感技術(shù),能與現(xiàn)代通信設(shè)備高度融合,易于組建大范圍長(zhǎng)距離的網(wǎng)絡(luò)型傳感,從而更有利于實(shí)現(xiàn)周界安防探測(cè)系統(tǒng)。

光纖周界安防系統(tǒng)按照原理分類有強(qiáng)度型、偏振型、相位干涉型等，其中相位干涉型光纖周界安防系統(tǒng)因其靈敏度高、測(cè)量精度高而得到最廣泛的應(yīng)用。相位干涉型光纖周界安防系統(tǒng)根據(jù)其具體解調(diào)方式又可劃分為可以準(zhǔn)確定位的型、型以及可以按照防區(qū)定位的michelson(m-z)干涉儀型。定位型光纖周界安防系統(tǒng)依賴光纖中的瑞利散射信號(hào)作為信號(hào)解調(diào)的原始信號(hào)，瑞利散射強(qiáng)度比入射信號(hào)低50db以上，屬于弱信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)噪聲、放大能力及信號(hào)采集系統(tǒng)的采樣精度及硬件要求提出了非常高的要求，因此也造成了系統(tǒng)成本居高不下，限制了該方案的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。目前防區(qū)型光纖周界安防系統(tǒng)雖然采用了干涉的方式，提高了入侵探測(cè)的靈敏度，且有成本優(yōu)勢(shì)，但由于解調(diào)方式的限制，僅能夠分析入侵信號(hào)的頻率及強(qiáng)度信息，并未對(duì)相位信息進(jìn)行完整解調(diào)，造成解調(diào)信號(hào)與實(shí)際入侵信號(hào)的相關(guān)度偏低，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)引起大量誤報(bào)警，漏報(bào)警現(xiàn)象的出現(xiàn)，在對(duì)安全級(jí)別及準(zhǔn)確度要求較高的場(chǎng)合，該種方案的應(yīng)用受到了較大限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，提出了一種可以在降低系統(tǒng)成本的前提下實(shí)現(xiàn)大于64防區(qū)入侵、振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，且能夠?qū)崿F(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)探測(cè)及入侵完整信息還原，大大提高可探測(cè)信號(hào)的范圍及探測(cè)準(zhǔn)確度，降低甚至消除誤報(bào)及漏報(bào)現(xiàn)象的基于3×3耦合器方案的全光纖干涉型周界安防系統(tǒng)。

本發(fā)明通過(guò)以下措施達(dá)到：

一種基于3×3耦合器方案的全光纖干涉型周界安防系統(tǒng)，其特征在于包括多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元(1)、光源防護(hù)單元(2)、波長(zhǎng)復(fù)用單元(3)、脈沖調(diào)制單元(4)、功率放大器(5)、功率分配器(6)、空分傳感陣列(7)、前置放大單元(8)、波長(zhǎng)解復(fù)用單元(9)、干涉匹配單元(10)、光電轉(zhuǎn)換與解調(diào)單元(11)、顯示及控制單元(12)，其中空分傳感陣列(7)包含傳輸光纜(701)及波分傳感陣列(702)，每組波分傳感陣列(702)包含多組波長(zhǎng)刪復(fù)用器(7021)、波長(zhǎng)增復(fù)用器(7022)與干涉儀(7023)，每支干涉儀(7023)對(duì)應(yīng)一個(gè)單頻光源波長(zhǎng)，波長(zhǎng)刪復(fù)用器(7021)的com端口為輸入端口，透射端口連接干涉儀(7023)的輸入端，反射端口連接下一個(gè)波長(zhǎng)刪復(fù)用器的com端口，依次類推；干涉儀(7023)的輸出端連接相應(yīng)波長(zhǎng)增復(fù)用器(7022)的透射端，波長(zhǎng)增復(fù)用器(7022)的反射端連接前一個(gè)波長(zhǎng)增復(fù)用器的com端，依次類推；每一組波長(zhǎng)增/刪復(fù)用器對(duì)應(yīng)一支干涉儀；多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元(1)輸出不同波長(zhǎng)的連續(xù)光信號(hào)，光信號(hào)進(jìn)入通道數(shù)與輸出波長(zhǎng)數(shù)目相等的光源防護(hù)單元(2)，光源防護(hù)單元(2)的輸出端口分別與波長(zhǎng)復(fù)用單元(3)的相應(yīng)輸入端口相連接，波長(zhǎng)復(fù)用單元(3)將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)耦合進(jìn)同一根光纖并輸入脈沖調(diào)制單元(4)，脈沖調(diào)制單元(4)將波分復(fù)用后的連續(xù)光信號(hào)調(diào)制成具有一定脈沖寬度的脈沖信號(hào)并輸入功率放大器5進(jìn)行放大，經(jīng)放大后的脈沖光信號(hào)輸入功率分配器(6)，功率分配器(6)的輸出通道數(shù)目與空分傳感陣列(7)中的波分傳感陣列(702)的數(shù)量相等，每組波分傳感陣列(702)按照其對(duì)應(yīng)的傳感光纖長(zhǎng)度不同依次排列，波分傳感陣列內(nèi)部的干涉儀(7023)也按照其傳感臂光纖的長(zhǎng)度依次排列構(gòu)成不同的入侵振動(dòng)傳感防區(qū)，每支干涉儀探測(cè)到本防區(qū)內(nèi)部的振動(dòng)與入侵信號(hào)后返回前置放大單元(8)，前置放大單元(8)將各波分傳感陣列返回的信號(hào)分別進(jìn)行放大后并輸入波長(zhǎng)解復(fù)用單元(9)，波長(zhǎng)解復(fù)用單元(9)將不同空分對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的信號(hào)分別輸入干涉匹配單元(10)，干涉匹配單元(10)將不同波分不同空分對(duì)應(yīng)的干涉儀兩臂的脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配并干涉；干涉匹配單元(10)將所有干涉儀對(duì)應(yīng)的干涉信號(hào)輸出至光電轉(zhuǎn)換與解調(diào)單元(11)，解調(diào)單元(11)對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并解調(diào)還原出信號(hào)的振動(dòng)強(qiáng)度、頻率及相位等信息，經(jīng)由顯示及控制單元(12)完成解調(diào)信號(hào)的顯示及參數(shù)設(shè)置。

本發(fā)明所述的多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元(1)可以輸出以c34通道(1550.12nm)為中心,間隔為100ghz(0.8nm)，每通道功率小于10dbm,線寬小于10khz的光信號(hào)，最多輸出波長(zhǎng)通道數(shù)不大于8，輸出光纖類型可以是g.652d普通單模光纖，也可以是保偏光纖。

本發(fā)明所述的光源防護(hù)單元(2)為與多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元(1)輸出波長(zhǎng)數(shù)目相等的光纖隔離器，其特征為：帶寬為1550±15nm,峰值隔離度不小于50db,插入損耗小于0.7db,偏振相關(guān)損耗不大于0.1db,回波損耗小于55db,最大功率為500mw,輸入輸出光纖類型為g.652d普通單模光纖，與多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1以及波長(zhǎng)復(fù)用單元3之間的連接方式為法蘭盤(pán)連接，接頭類型可以是fc/apc,sc/apc,pc/apc或e2000。

本發(fā)明所述的波長(zhǎng)復(fù)用單元(3)工作波長(zhǎng)數(shù)目與多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元(1)輸出波長(zhǎng)數(shù)目相同且一一對(duì)應(yīng)，且中心波長(zhǎng)精度小于正負(fù)0.1nm,插入損耗小于4db,且各通道間隔離度不低于30db。

本發(fā)明所述的脈沖調(diào)制單元(4)為光纖聲光調(diào)制器，其工作波長(zhǎng)為1550±30nm,工作頻率低于120mhz，消光比大于55db,光脈沖上升時(shí)間小于50ns，脈沖抖動(dòng)小于5ns,光纖類型為g.652d普通單模光纖。

本發(fā)明所述的功率放大器(5)為edfa摻鉺光纖功率放大器，輸入波長(zhǎng)范圍為1528nm～1563nm,輸入光功率小于-5～5dbm,輸出功率0～13dbm可調(diào)。輸入隔離度大于40db，噪聲指數(shù)小于4.5db。

本發(fā)明所述的功率分配器(6)為plc光分路器或fbt熔融拉錐耦合器，分光形式為1×n(n≤64且與空分傳感陣列7中的波分傳感陣列數(shù)目一致)，工作波長(zhǎng)為1260～1650nm，插損不大于20db,偏振相關(guān)損耗低于0.3db,回波損耗低于55db。

本發(fā)明所述的空分傳感陣列(7)為若干組傳輸光纜(701)及其對(duì)應(yīng)波分傳感陣列(702)的組合，波分傳感陣列(702)的數(shù)目與功率分配器(6)的通道數(shù)目n一致，每組波分傳感陣列(702)的結(jié)構(gòu)完全相同，均包含多組波長(zhǎng)刪復(fù)用器(7021)，波長(zhǎng)增復(fù)用器(7022)與干涉儀(7023)，其中波長(zhǎng)增/刪復(fù)用器為同一類器件，僅根據(jù)使用方式及功能不同區(qū)分，其特征為工作波長(zhǎng)與多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元(1)的波長(zhǎng)一一對(duì)應(yīng)，且中心波長(zhǎng)精度為±0.1nm,波長(zhǎng)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)滿足itu要求，信號(hào)通頻帶(@-0.5db帶寬)大于0.6nm,透射端插入損耗小于1db,反射端插入損耗小于0.6db,信道平坦度小于0.4db,透射端隔離度大于30db,反射端隔離度大于15db,偏振相關(guān)損耗小于0.1db。干涉儀7023可以是邁克爾遜干涉儀也可以是馬赫—澤德干涉儀。如為邁克爾遜干涉儀，波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021連接的是一支2×2耦合器，其兩輸出端分別連接兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，其另外一個(gè)輸入端連接波長(zhǎng)增復(fù)用器7022的透射端；2×2耦合器到法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的光纖，也即光纖干涉儀的參考臂長(zhǎng)度即為對(duì)應(yīng)防區(qū)的長(zhǎng)度，2km～10km不等，信號(hào)臂比參考臂長(zhǎng)度長(zhǎng)，臂長(zhǎng)差為1～50米不等；具體封裝形式為：2×2耦合器與波長(zhǎng)增/刪復(fù)用器共同封裝在一個(gè)防水、隔熱、抗震的密閉盒子中，兩支法拉第旋轉(zhuǎn)鏡及信號(hào)臂冗余光纖與其后一組波長(zhǎng)增/刪復(fù)用器及其相應(yīng)的2×2耦合器封裝在同種盒子中，盒子材料為abs工程塑料，依次類推，2×2耦合器工作波長(zhǎng)為1550±15nm,輸出插損小于3.4db；法拉第旋轉(zhuǎn)鏡中心波長(zhǎng)為1550nm,帶寬±15nm,旋轉(zhuǎn)角度雙向90°，插入損耗小于0.5db，耦合器與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的光纖類型均為g.652d普通單模光纖，如為馬赫-澤德干涉儀，則波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021連接的是一支1×2耦合器，其兩輸出端分別連接一支2×1耦合器的兩輸入端，該2×1耦合器的輸出端連接波長(zhǎng)增復(fù)用器7022的透射端，1×2耦合器與2×1耦合器為同類器件，僅根據(jù)信號(hào)輸入輸出方向以示區(qū)分。兩支耦合器之間的連接光纖分別為干涉儀的信號(hào)臂及參考臂，其中參考臂的長(zhǎng)度與該干涉儀對(duì)應(yīng)的防區(qū)長(zhǎng)度一致，根據(jù)防區(qū)的不同從2km～10km不等，信號(hào)臂比參考臂長(zhǎng)度長(zhǎng)，臂長(zhǎng)差為1～50米不等；具體封裝形式為：1×2耦合器與波長(zhǎng)刪復(fù)用器共同封裝在一個(gè)防水、隔熱、抗震的密閉盒子中，2×1耦合器與其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)增復(fù)用器、其后一組波長(zhǎng)刪復(fù)用器及信號(hào)臂冗余光纖封裝在同種盒子中，盒子材料為abs工程塑料，依次類推，1×2耦合器工作波長(zhǎng)為1550±15nm,輸出插損≤3.4db。不同組波分傳感陣列間的區(qū)別在于其傳輸光纜701的長(zhǎng)度不同，后一條波分傳感陣列前的傳輸光纜長(zhǎng)度與前一條波分傳感陣列的長(zhǎng)度相同，波分傳感陣列內(nèi)部不同干涉儀之間的距離取決于干涉儀參考臂的臂長(zhǎng)，也即該防區(qū)長(zhǎng)度。

本發(fā)明所述的前置放大單元(8)為多塊前置放大器(pre-edfa)的組合，其數(shù)量與空分傳感陣列(7)中波分傳感陣列(702)的數(shù)量相同且每一塊前置放大器的輸入端口與其對(duì)應(yīng)的波分傳感陣列(702)的輸出端口相連接。每塊前置放大器為針對(duì)弱信號(hào)優(yōu)化的前置摻鉺光纖放大器(pre-edfa)，其工作波長(zhǎng)范圍為1520～1560nm，輸入光功率范圍為-40～-10dbm,等效噪聲系數(shù)小于-3db,典型增益小于16db,輸入端、輸出端隔離度均大于30db。

本發(fā)明所述的波長(zhǎng)解復(fù)用單元(9)包含多塊波長(zhǎng)解復(fù)用器，波長(zhǎng)解復(fù)用器與波長(zhǎng)復(fù)用單元(3)為同種器件，僅根據(jù)使用方式不同區(qū)分。且波長(zhǎng)解復(fù)用器的數(shù)量與空分傳感陣列(7)中波分傳感陣列(702)的數(shù)量一致。

本發(fā)明所述的干涉匹配單元10為一組3×3匹配干涉儀的組合，3×3匹配干涉儀的數(shù)量與波長(zhǎng)解復(fù)用單元(9)的輸出通道數(shù)一致，其具備一個(gè)輸入端口1001及三個(gè)輸出端口1002,1003,1004，每個(gè)輸入端口1001與波長(zhǎng)解復(fù)用單元(9)的其中一路輸出端口相連接，且1001端口對(duì)應(yīng)其內(nèi)部光纖環(huán)形器的1端口，光纖環(huán)形器的2端口連接3×3耦合器的2輸入端口，3×3耦合器的輸入端口1,3分別對(duì)應(yīng)1002及1004端口，光纖環(huán)形器的3端口對(duì)應(yīng)1003端口，3×3耦合器的4,5端口分別連接一支光纖法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，且4端口到其所連接的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡光纖長(zhǎng)度為1m,5端口到其所連接的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡光纖長(zhǎng)度比4端口所連接光纖長(zhǎng)度長(zhǎng)，長(zhǎng)度差與干涉儀7023兩臂的臂長(zhǎng)差相等，3×3耦合器的6端口懸空，不連接任何器件并需要在光纖端面做燒球處理，3×3耦合器的三個(gè)輸出1002,1003,1004端口分別連接光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元11中的三個(gè)連續(xù)輸入通道并作為該波長(zhǎng)解復(fù)用單元(9)輸出通道的原始待解調(diào)信號(hào)，其它通道連接方式與此通道一致，3×3耦合器帶寬為1550±10nm,通道插入損耗小于6db,額外損耗小于0.3db,偏振相關(guān)損耗小于0.15db，光纖類型為g.652d普通單模光纖，法拉第旋轉(zhuǎn)鏡與干涉儀7023中的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡為同類器件。

本發(fā)明所述的光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元(11)中的光電轉(zhuǎn)換單元通道數(shù)目與波長(zhǎng)解復(fù)用單元(9)總輸出通道數(shù)目相同，且光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元(11)的每三個(gè)連續(xù)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)3×3匹配干涉儀的三路輸出，光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元(11)內(nèi)部集成了相應(yīng)數(shù)目的通信pin探測(cè)器，pin探測(cè)器工作波長(zhǎng)為1100～1600nm,響應(yīng)度為0.9a/w，暗電流典型值為0.3na,回波損耗小于-40db,飽和輸入光功率典型值3dbm。光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元(11)內(nèi)部集成了能夠執(zhí)行3×3解調(diào)算法的altera公司的5系列fpga芯片及與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)10gbps通信的vitesse公司生產(chǎn)的vsc系列phy芯片。

本發(fā)明的3×3解調(diào)原理如下：假設(shè)每一通道3×3耦合器輸出的三路信號(hào)分別為v1、v2、v3，可以分別表示為：

v2＝a+b·cosφ(t)

其中φ(t)＝φs+φn，φs為信號(hào)，φn為噪聲，a、b為常數(shù)，與發(fā)生干涉的兩束光信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)，由上式可知(v1+v2+v3)/3＝a，三路輸出信號(hào)去除直流量a可得：

分別對(duì)上述三個(gè)式子進(jìn)行微分可得：

m＝∑[a·(e-f)+b·(f-d)+c·(d-e)]，

k＝g²+h²+i²，φ(t)＝∫m/k；上式信號(hào)通過(guò)高通濾波器，濾除環(huán)境漂移即可得到待檢測(cè)信號(hào)。

本發(fā)明所述的顯示及控制單元(12)為顯示軟件部分，其特征是能夠顯示波分傳感陣列(702)中任一陣元所表示的防區(qū)的振動(dòng)及入侵信號(hào)強(qiáng)度、頻率及相位信息，同時(shí)能夠判斷振動(dòng)及入侵行為類型，包括踩踏、敲擊、攀爬、剪斷及大型設(shè)備靠近等。

本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明采用3×3耦合器解調(diào)方案，光源無(wú)需進(jìn)行調(diào)制，減小了激光調(diào)制過(guò)程中模式跳變對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，同時(shí)，在解調(diào)算法中采用三路信號(hào)相加后乘以1/3的方式來(lái)得到直流分量，因此消除直流分量后系統(tǒng)不受光源變化的影響，對(duì)光源的要求相應(yīng)降低，使系統(tǒng)成本大大降低。2、本發(fā)明采用3×3耦合器解調(diào)方案，不僅能夠解調(diào)入侵及振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度及頻率信息，而且能反映信號(hào)的相位信息，能夠更準(zhǔn)確的判斷信號(hào)的行為特征并作出區(qū)分，能夠有效避免目前光纖周界安防領(lǐng)域普遍遇到的誤報(bào)、漏報(bào)率偏高的問(wèn)題。3、本發(fā)明采用3×3耦合器解調(diào)方案，沒(méi)有低通濾波器的使用，所以區(qū)別于傳統(tǒng)的pgc相位解調(diào)方案，保留了干涉信號(hào)bessel函數(shù)中的高階小項(xiàng)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍大大提高(大于160db)，這就使本系統(tǒng)既能夠檢測(cè)微弱擾動(dòng)信號(hào)(振動(dòng)對(duì)應(yīng)的相移量小于10-6rad)，又可以檢測(cè)高強(qiáng)度的入侵信息(振動(dòng)相移量接近103rad),對(duì)不同信號(hào)的探測(cè)適應(yīng)能力大大提高。4、本發(fā)明采用了多種復(fù)用方式形成多防區(qū)傳感陣列，但是放棄了采用時(shí)分復(fù)用的常規(guī)手段，降低了解調(diào)系統(tǒng)對(duì)于時(shí)序的要求，因此對(duì)于光電轉(zhuǎn)換與解調(diào)單元11中光電探測(cè)器的帶寬要求也顯著降低，使用通信領(lǐng)域pin探測(cè)器即可滿足要求，該類型pin探測(cè)器與高帶寬探測(cè)器成本相差上百倍，在系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換通道數(shù)量越來(lái)越多的情況下，該方案能夠顯著降低系統(tǒng)成本。

附圖說(shuō)明：

附圖1為本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為本發(fā)明中空分傳感陣列結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖3為本發(fā)明中波分傳感陣列示意圖。

附圖4為本發(fā)明中波分傳感陣列示意圖。

附圖5為本發(fā)明中3×3匹配干涉儀光路。

附圖6為本發(fā)明中3×3耦合器方案信號(hào)解調(diào)框架圖。

附圖標(biāo)記：多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1，光源防護(hù)單元2，波長(zhǎng)復(fù)用單元3，脈沖調(diào)制單元4，功率放大器5，功率分配器6，空分傳感陣列7，前置放大單元8，波長(zhǎng)解復(fù)用單元9，干涉匹配單元10，光電轉(zhuǎn)換與解調(diào)單元11，顯示及控制單元12，傳輸光纜701，波分傳感陣列702，多組波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021，波長(zhǎng)增復(fù)用器7022，干涉儀7023，多組波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021，波長(zhǎng)增復(fù)用器7022，輸入端口1001，輸出端口1002,1003,1004。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如附圖所示，本發(fā)明提供的一種基于3×3耦合器方案的全光纖干涉型周界安防系統(tǒng)包含多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1，光源防護(hù)單元2，波長(zhǎng)復(fù)用單元3，脈沖調(diào)制單元4，功率放大器5，功率分配器6，空分傳感陣列7，前置放大單元8，波長(zhǎng)解復(fù)用單元9，干涉匹配單元10，光電轉(zhuǎn)換與解調(diào)單元11，顯示及控制單元12。其中空分傳感陣列7完成振動(dòng)及入侵信號(hào)傳感功能，其余部分完成信號(hào)探測(cè)、放大、波長(zhǎng)復(fù)用/解復(fù)用、干涉匹配、解調(diào)、顯示控制等功能；空分傳感陣列7包含傳輸光纜701及波分傳感陣列702，每組波分傳感陣列702包含多組波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021，波長(zhǎng)增復(fù)用器7022與干涉儀7023，每支干涉儀7023對(duì)應(yīng)一個(gè)單頻光源波長(zhǎng)，波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021的com端口為輸入端口，透射端口連接干涉儀7023的輸入端，反射端口連接下一個(gè)波長(zhǎng)刪復(fù)用器的com端口，依次類推。干涉儀7023的輸出端連接相應(yīng)波長(zhǎng)增復(fù)用器7022的透射端，波長(zhǎng)增復(fù)用器7022的反射端連接前一個(gè)波長(zhǎng)增復(fù)用器的com端，依次類推。每一組波長(zhǎng)增/刪復(fù)用器7021/7022對(duì)應(yīng)一支干涉儀；

多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1輸出不同波長(zhǎng)的連續(xù)光信號(hào)，光信號(hào)進(jìn)入通道數(shù)與輸出波長(zhǎng)數(shù)目相等的光源防護(hù)單元2，光源防護(hù)單元2的輸出端口分別與波長(zhǎng)復(fù)用單元3的不同輸入端口相連接，波長(zhǎng)復(fù)用單元3將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)耦合進(jìn)同一根光纖并輸入脈沖調(diào)制單元4，脈沖調(diào)制單元4將波分復(fù)用后的連續(xù)光信號(hào)調(diào)制成具有一定脈沖寬度的脈沖信號(hào)并輸入功率放大器5進(jìn)行放大，經(jīng)放大后的脈沖光信號(hào)輸入功率分配器6，功率分配器6的輸出通道數(shù)目與空分傳感陣列7中的波分傳感陣列702的數(shù)量相等。每組波分傳感陣列702按照其對(duì)應(yīng)的傳感光纖長(zhǎng)度不同依次排列，波分傳感陣列內(nèi)部的干涉儀7023也按照其傳感臂光纖的長(zhǎng)度依次排列構(gòu)成不同的入侵振動(dòng)傳感防區(qū)。每支干涉儀探測(cè)到本防區(qū)內(nèi)部的振動(dòng)與入侵信號(hào)后返回前置放大單元8，前置放大單元8將各波分傳感陣列返回的信號(hào)分別進(jìn)行放大后并輸入波長(zhǎng)解復(fù)用單元9，波長(zhǎng)解復(fù)用單元9將不同空分對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的信號(hào)分別輸入干涉匹配單元10，干涉匹配單元10將不同波分不同空分對(duì)應(yīng)的干涉儀兩臂的脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配并干涉。干涉匹配單元10將所有干涉儀對(duì)應(yīng)的干涉信號(hào)輸出至光電轉(zhuǎn)換與解調(diào)單元11，解調(diào)單元11對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并解調(diào)還原出信號(hào)的振動(dòng)強(qiáng)度、頻率及相位等信息，經(jīng)由顯示及控制單元12完成解調(diào)信號(hào)的顯示及參數(shù)設(shè)置；

多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1輸出不同波長(zhǎng)的連續(xù)光信號(hào)，光信號(hào)進(jìn)入通道數(shù)與輸出波長(zhǎng)數(shù)目相等的光源防護(hù)單元2，防止光鏈路上各節(jié)點(diǎn)回波對(duì)多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1造成干擾或不可逆性損壞。

光源防護(hù)單元2的輸出端口分別與波長(zhǎng)復(fù)用單元3的不同輸入端口相連接，波長(zhǎng)復(fù)用單元3將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)耦合進(jìn)同一根光纖并輸入脈沖調(diào)制單元4。

脈沖調(diào)制單元4將波分復(fù)用后的連續(xù)光信號(hào)調(diào)制成具有一定脈沖寬度的脈沖信號(hào)。

脈沖光信號(hào)進(jìn)入功率放大器5進(jìn)行功率放大，彌補(bǔ)光信號(hào)調(diào)制、傳輸過(guò)程中的光功率損耗，同時(shí)需要控制功率放大器5的輸出功率，避免空分傳感陣列7中出現(xiàn)非線性效應(yīng)。

功率放大器5的輸出端口與功率分配器6的輸入端口相連接，功率分配器6的輸出通道數(shù)目與空分傳感陣列7中的波分傳感陣列702的數(shù)量相等。每組波分傳感陣列702按照其對(duì)應(yīng)的傳感光纖長(zhǎng)度不同依次排列，波分傳感陣列內(nèi)部的干涉儀7023也按照其傳感臂光纖的長(zhǎng)度依次排列構(gòu)成不同的入侵振動(dòng)傳感防區(qū)。

每支干涉儀探測(cè)到本防區(qū)內(nèi)部的振動(dòng)與入侵信號(hào)后返回前置放大單元8，前置放大單元8將各波分傳感陣列返回的信號(hào)分別進(jìn)行放大后并輸入波長(zhǎng)解復(fù)用單元9，波長(zhǎng)解復(fù)用單元9將不同空分對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的信號(hào)分別輸入干涉匹配單元10，干涉匹配單元10將不同波分傳感陣列對(duì)應(yīng)的干涉儀兩臂的脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配并干涉。

干涉匹配單元10將所有干涉儀對(duì)應(yīng)的干涉信號(hào)輸出至光電轉(zhuǎn)換與解調(diào)單元11，光電轉(zhuǎn)換與解調(diào)解調(diào)單元11對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并解調(diào)還原出信號(hào)的振動(dòng)強(qiáng)度、頻率及相位等信息，經(jīng)由顯示及控制單元12完成各防區(qū)入侵及振動(dòng)信號(hào)的顯示及參數(shù)配置功能。

本優(yōu)選實(shí)例中，多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元2中的單頻激光器優(yōu)選美國(guó)redfernintegratedopticsinc公司的rioorion系列低相位噪聲窄線寬激光模塊，可以輸出以c34通道(1550.12nm)為中心,間隔為100ghz(0.8nm)，每通道功率小于10dbm,線寬小于10khz的光信號(hào)，最多輸出波長(zhǎng)通道數(shù)不大于8，輸出光纖類型可以是g.652d普通單模光纖或保偏光纖；光源防護(hù)單元2為與多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1波長(zhǎng)數(shù)目相等的光纖隔離器，帶寬為1550±15nm,峰值隔離度不小于50db,插入損耗小于0.7db,回波損耗小于55db,最大功率為500mw,輸入輸出光纖類型為g.652d普通單模光纖，與多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1以及波長(zhǎng)復(fù)用單元3之間的連接方式為法蘭盤(pán)連接，接頭類型可以是fc/apc,sc/apc,pc/apc或e2000。波長(zhǎng)復(fù)用單元3工作波長(zhǎng)與多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1輸出的波長(zhǎng)數(shù)目相同且一一對(duì)應(yīng)，中心波長(zhǎng)精度小于正負(fù)0.1nm,插入損耗小于4db,各通道間隔離度不低于30db。脈沖調(diào)制單元4為光纖聲光調(diào)制器，其工作波長(zhǎng)為1550±30nm,工作頻率低于120mhz，消光比大于55db,光脈沖上升時(shí)間小于50ns,光纖類型為g.652d普通單模光纖。功率放大器5為edfa摻鉺光纖功率放大器，輸入波長(zhǎng)范圍為1528nm～1563nm,輸入光功率小于-5～5dbm,輸出功率0～13dbm可調(diào)。輸入隔離度為大于40db，噪聲指數(shù)小于4.5db。功率分配器6為plc光分路器或fbt熔融拉錐耦合器，分光形式為1×n(n≤64且數(shù)量與波分傳感陣列數(shù)目一致)，工作波長(zhǎng)為1260～1650nm，插損不大于20db,偏振相關(guān)損耗低于0.3db,回波損耗低于55db?？辗謧鞲嘘嚵?為若干組傳輸光纜701及其對(duì)應(yīng)波分傳感陣列702的組合，波分傳感陣列702的數(shù)目與功率分配器6的通道數(shù)目n一致，每組波分傳感陣列702的結(jié)構(gòu)完全相同，均包含多組波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021，波長(zhǎng)增復(fù)用器7022與干涉儀7023。其中波長(zhǎng)增/刪復(fù)用器為同一類器件，僅根據(jù)使用方式及功能不同區(qū)分。其特征為工作波長(zhǎng)與多波長(zhǎng)單頻激光發(fā)射單元1的波長(zhǎng)一一對(duì)應(yīng)，且中心波長(zhǎng)精度為±0.1nm,波長(zhǎng)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)滿足itu要求，信號(hào)通頻帶(@-0.5db帶寬)＞0.6nm,透射端插入損耗小于1db,反射端插入損耗小于0.6db,信道平坦度＜0.4db,透射端隔離度＞30db,反射端隔離度大于15db,偏振相關(guān)損耗＜0.1db。干涉儀7023可以是邁克爾遜干涉儀也可以是馬赫—澤德干涉儀。如為邁克爾遜干涉儀，則波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021連接的是一支2×2耦合器，其兩輸出端分別連接兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，其另外一個(gè)輸入端連接波長(zhǎng)增復(fù)用器7022的透射端。2×2耦合器到法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的光纖，也即光纖干涉儀的參考臂長(zhǎng)度即為對(duì)應(yīng)防區(qū)的長(zhǎng)度，2km～10km不等，信號(hào)臂比參考臂長(zhǎng)度長(zhǎng)，臂長(zhǎng)差為1～50米不等。信號(hào)臂長(zhǎng)度具體封裝形式為：2×2耦合器與波長(zhǎng)增/刪復(fù)用器共同封裝在一個(gè)防水、隔熱、抗震的密閉盒子中，兩支法拉第旋轉(zhuǎn)鏡及信號(hào)臂冗余光纖與其后一組波長(zhǎng)增/刪復(fù)用器及其相應(yīng)的2×2耦合器封裝在同種盒子中，盒子材料為abs工程塑料，依次類推。2×2耦合器工作波長(zhǎng)為1550±15nm,輸出插損≤3.4db。法拉第旋轉(zhuǎn)鏡中心波長(zhǎng)為1550nm,帶寬±15nm,旋轉(zhuǎn)角度雙向90°，插入損耗≤0.5db。耦合器與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的光纖類型均為g.652d普通單模光纖。如為馬赫-澤德干涉儀，則波長(zhǎng)刪復(fù)用器7021連接的是一支1×2耦合器，其兩輸出端分別連接一支2×1耦合器的兩輸入端，該2×1耦合器的輸出端連接波長(zhǎng)增復(fù)用器7022的透射端，1×2耦合器與2×1耦合器為同類器件，僅根據(jù)信號(hào)輸入輸出方向以示區(qū)分。兩支耦合器之間的連接光纖分別為干涉儀的信號(hào)臂及參考臂，其中參考臂的長(zhǎng)度與該干涉儀對(duì)應(yīng)的防區(qū)長(zhǎng)度一致，根據(jù)防區(qū)的不同從2km～10km不等，信號(hào)臂比參考臂長(zhǎng)度長(zhǎng)，臂長(zhǎng)差為1～50米不等。具體封裝形式為：1×2耦合器與波長(zhǎng)刪復(fù)用器共同封裝在一個(gè)防水、隔熱、抗震的密閉盒子中，2×1耦合器與其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)增復(fù)用器、其后一組波長(zhǎng)刪復(fù)用器及信號(hào)臂冗余光纖封裝在同種盒子中，盒子材料為abs工程塑料，依次類推。1×2耦合器工作波長(zhǎng)為1550±15nm,輸出插損≤3.4db。不同組波分傳感陣列間的區(qū)別在于其傳輸光纜701的長(zhǎng)度不同，后一條波分傳感陣列前的傳輸光纜長(zhǎng)度與前一條波分傳感陣列的長(zhǎng)度相同，波分傳感陣列內(nèi)部不同干涉儀之間的距離取決于干涉儀參考臂的臂長(zhǎng)，也即該防區(qū)長(zhǎng)度。前置放大單元8為多塊前置放大器(pre-edfa)的組合，其數(shù)量與空分傳感陣列7中波分傳感陣列702的數(shù)量一致，且每一塊前置放大器的輸入端口與其對(duì)應(yīng)的波分傳感陣列702的輸出端口相連接。每塊前置放大器為針對(duì)弱信號(hào)優(yōu)化的前置放大器(pre-edfa)，其工作波長(zhǎng)范圍為1520～1560nm，輸入光功率范圍為-40～-10dbm,等效噪聲系數(shù)小于-3db,典型增益小于16db,輸入端、輸出端隔離度均大于30db。波長(zhǎng)解復(fù)用單元9包含多塊波長(zhǎng)解復(fù)用器，波長(zhǎng)解復(fù)用器與波長(zhǎng)復(fù)用單元3為同種器件，僅根據(jù)使用方式不同區(qū)分。且波長(zhǎng)解復(fù)用器的數(shù)量與空分傳感陣列7中波分傳感陣列702的數(shù)量一致。干涉匹配單元10為一組3×3匹配干涉儀的組合，3×3匹配干涉儀的數(shù)量與波長(zhǎng)解復(fù)用單元9的輸出通道數(shù)一致，其具備一個(gè)輸入端口1001及三個(gè)輸出端口1002,1003,1004，每個(gè)輸入端口1001與波長(zhǎng)解復(fù)用單元9的其中一路輸出端口相連接，且1001端口對(duì)應(yīng)其內(nèi)部光纖環(huán)形器的1端口，光纖環(huán)形器的2端口連接3×3耦合器的2輸入端口，3×3耦合器的輸入端口1,3分別對(duì)應(yīng)1002及1004端口，光纖環(huán)形器的3端口對(duì)應(yīng)1003端口，3×3耦合器的4,5端口分別連接一支光纖法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，且4端口到其所連接的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡光纖長(zhǎng)度為1m,5端口到其所連接的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡光纖長(zhǎng)度比4端口所連接光纖長(zhǎng)度長(zhǎng)，長(zhǎng)度差與干涉儀7023兩臂的臂長(zhǎng)差相等。3×3耦合器的6端口懸空，不連接任何器件并需要在光纖端面做燒球處理。3×3耦合器的三個(gè)輸出1002,1003,1004端口分別連接光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元11中的三個(gè)連續(xù)輸入通道并作為該波長(zhǎng)解復(fù)用單元9輸出通道的原始待解調(diào)信號(hào)。其它通道連接方式與此通道一致。3×3耦合器帶寬為1550±10nm,通道插入損耗小于6db,額外損耗小于0.3db,偏振相關(guān)損耗小于0.15db。光纖類型為g.652d普通單模光纖。法拉第旋轉(zhuǎn)鏡與干涉儀7023中的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡為同類器件。光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元11中的光電轉(zhuǎn)換單元通道數(shù)目與波長(zhǎng)解復(fù)用單元9總輸出通道數(shù)目相同，且光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元11的每三個(gè)連續(xù)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)3×3匹配干涉儀的三路輸出。光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元11內(nèi)部集成了相應(yīng)數(shù)目的通用通信pin探測(cè)器，優(yōu)選fibercom公司生產(chǎn)的ft2113-007系列探測(cè)器，工作波長(zhǎng)為1100～1600nm,響應(yīng)度為0.9a/w，暗電流典型值為0.3na,回波損耗小于-40db,飽和輸入光功率典型值3dbm。光電轉(zhuǎn)換及解調(diào)單元11內(nèi)部集成了能夠執(zhí)行3×3解調(diào)算法的fpga芯片，優(yōu)選美國(guó)altera公司的5系列產(chǎn)品，以及與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)10gbps通信的phy芯片，優(yōu)選美國(guó)vitesse公司生產(chǎn)的vsc系列產(chǎn)品。顯示及控制單元12能夠顯示波分傳感陣列702中任一陣元所表示的防區(qū)的振動(dòng)及入侵信號(hào)強(qiáng)度、頻率及相位信息，同時(shí)能夠判斷振動(dòng)及入侵行為類型，包括踩踏、敲擊、攀爬、剪斷及大型設(shè)備靠近等等。

綜上所述，本發(fā)明所提供的一種基于3×3耦合器方案的全光纖干涉型周界安防系統(tǒng)，不僅能反映入侵及振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度及頻率信息，而且能夠反映信號(hào)的相位信息，能夠更真實(shí)地還原信號(hào)的全部信息。同時(shí)由于3*3耦合器解調(diào)方法的使用，信號(hào)解調(diào)具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)不僅能探測(cè)微弱擾動(dòng)信號(hào)，而且能夠探測(cè)高強(qiáng)度的入侵及振動(dòng)信號(hào)，擴(kuò)大了系統(tǒng)對(duì)不同信號(hào)的適應(yīng)范圍。同時(shí)由于3×3耦合器解調(diào)方案及復(fù)用方案的選擇使得系統(tǒng)對(duì)激光器及pin探測(cè)器的指標(biāo)要求降低，大大壓縮了系統(tǒng)成本，為系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用提供了前提。

綜上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所做的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的技術(shù)范疇。