徐鍥+許海燕+艾鑫+唐璜

摘要： 提出在光纖入侵探測系統(tǒng)中應(yīng)用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，以進(jìn)一步精簡系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)將不同干涉子系統(tǒng)通過不同波長加以區(qū)分，并利用波分復(fù)用技術(shù)將不同波長的干涉子系統(tǒng)復(fù)用同一干涉模塊。在信號接收端，利用解復(fù)用的方式，將各個(gè)不同波長干涉子系統(tǒng)信號分開，從而獲得不同干涉子系統(tǒng)中相對獨(dú)立的時(shí)域信號。

關(guān)鍵詞： 光纖； 入侵探測； 波分復(fù)用

中圖分類號： TN 911.74文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.05.003

引言

周界入侵探測技術(shù)作為安防領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的入侵探測手段，其應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史。目前用于周界入侵探測技術(shù)多種多樣，其具體采用探測的介質(zhì)、技術(shù)參數(shù)、探測范圍等要素均不盡相同；而各類安全防范系統(tǒng)的使用環(huán)境、每個(gè)安防系統(tǒng)的防范等級、防范目的更是千差百異?；诩t外、激光、微波、電磁場等技術(shù)的傳統(tǒng)周界入侵探測技術(shù)，普遍存在著盲點(diǎn)、誤報(bào)、環(huán)境影響等可靠性問題及后端數(shù)據(jù)融合發(fā)展的瓶頸。而新時(shí)期的入侵探測系統(tǒng)則要能夠?qū)Ω鞣N入侵事件及時(shí)識別響應(yīng)，且須具有長距離監(jiān)控、高精度定位功能、低能源依賴性、高環(huán)境耐受性、抗電磁干擾以及抗腐蝕等特性。光纖入侵探測技術(shù)則能夠符合上述要求，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景[1]。光纖入侵探測技術(shù)的特點(diǎn)如下：將光纜埋設(shè)于地下，或者根據(jù)具體情況敷設(shè)在監(jiān)控區(qū)域周界的籬笆、圍欄、墻壁上，通過對各種進(jìn)入周界的侵入行為引起的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。當(dāng)有人接近、踏過或穿越布設(shè)光纜的地域時(shí)，即便是最輕微的動(dòng)作，也會(huì)對光纜中的光纖產(chǎn)生擾動(dòng)。這種擾動(dòng)導(dǎo)致光信號傳輸發(fā)生變化，并經(jīng)由同一根光纜，將擾動(dòng)改變后的傳輸光信號輸至遠(yuǎn)端的系統(tǒng)主機(jī)。再通過各種特殊的光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)由復(fù)雜的檢測方法，對環(huán)境擾動(dòng)做出判斷并報(bào)警[2]。

本文提出在光纖入侵探測系統(tǒng)中應(yīng)用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，以進(jìn)一步精簡系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)將不同干涉子系統(tǒng)通過不同波長加以區(qū)分，并利用波分復(fù)用技術(shù)將不同波長的干涉子系統(tǒng)復(fù)用同一干涉模塊。在信號接收端，利用解復(fù)用的方式，將各個(gè)不同波長干涉子系統(tǒng)信號分開，從而獲得不同干涉子系統(tǒng)中相對獨(dú)立的時(shí)域信號。具體是利用布設(shè)在現(xiàn)場的傳感光纖對區(qū)域環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，用干涉方法實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號的提取，利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的定位。通過波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同干涉系統(tǒng)共用一套干涉模塊的方法，可以顯著減少光纖入侵探測系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)成本；同時(shí)該方法能對環(huán)境觸發(fā)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能快速、有效確定擾動(dòng)信號所屬區(qū)域，具有較高的靈敏度，有利于在大區(qū)域，長距離的監(jiān)控領(lǐng)域獲得實(shí)施。

1波分復(fù)用（WDM）技術(shù)原理WDM技術(shù)是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的波長（或者頻率）不同，將光纖的低損耗窗口劃分為若干個(gè)信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器，將不同波長的信號光載波合并起來送入一根光纖中進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器將這些不同波長的光載波（分別承載不同信號的光）分開[34]。圖1給出了基本的波分復(fù)用系統(tǒng)的組成。

2基于波分復(fù)用的光纖入侵探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及理論分析

由寬光譜的光源出來的光經(jīng)過隔離器（IS）進(jìn)入干涉模塊IU后，通過波分復(fù)用器WDM，將不同的干涉子系統(tǒng)進(jìn)行波長區(qū)分。經(jīng)過FRM反射后，不同波長的光通過波分復(fù)用器WDM合成一束重新進(jìn)入干涉模塊IU。干涉信號從C1的3、4端口輸出后，再次利用波分復(fù)用器WDM，將不同波長的光解復(fù)用，從而獲得不同干涉系統(tǒng)相對獨(dú)立的信號，分別輸入相應(yīng)的探測器。從原理圖可以看出，波分復(fù)用器（WDM）的不同輸出端口和相應(yīng)的反射裝置皆可與共同的干涉模塊構(gòu)成一個(gè)干涉子系統(tǒng)，每個(gè)干涉子系統(tǒng)在經(jīng)過WDM解復(fù)用后進(jìn)入光電探測器。由于各個(gè)干涉系統(tǒng)波長不同，因此該系統(tǒng)中不同波長子系統(tǒng)的光信號不會(huì)發(fā)生干涉。不同干涉子系統(tǒng)工作原理相同，因此以波長為λ1的干涉子系統(tǒng)為例，相互干涉的光的路徑為：1） 1-2-5-7-9-101-FRM1-101-9-8-62） 1-2-6-8-9-101-FRM1-101-9-7-5這兩路光在C1處匯合，相互干涉，經(jīng)端口3、4輸出后，經(jīng)WDM解復(fù)用后，分別輸入到光電探測器PD11、PD12。對于其它不同波長的干涉子系統(tǒng)，干涉原理相同。在這個(gè)WDM實(shí)現(xiàn)的復(fù)用結(jié)構(gòu)中，當(dāng)擾動(dòng)信號作用于工作波長為λi的感應(yīng)光纖時(shí)，該感應(yīng)光纖內(nèi)光纖傳光特性（相位和光強(qiáng)）會(huì)發(fā)生變化，僅在λi對應(yīng)的干涉信號輸出可檢測到相應(yīng)光強(qiáng)的變化，進(jìn)而解算出該擾動(dòng)信號。因此，通過檢測各干涉信號輸出端口的信號變化，可同時(shí)判斷出信號的特征以及感應(yīng)到信號的光纜，即信號發(fā)生的位置，實(shí)現(xiàn)對各種進(jìn)入周界的入侵行為的實(shí)時(shí)檢測。

3波分復(fù)用與編碼技術(shù)的融合

波分復(fù)用技術(shù)與編碼技術(shù)融合，將更加有利于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的簡化，特別是簡化施工及系統(tǒng)的維護(hù)[5]。圖3即為基于波分復(fù)用干涉結(jié)構(gòu)的周界編碼應(yīng)用技術(shù)的示例。圖中，采用3通道的WDM，形成3個(gè)獨(dú)立的子干涉系統(tǒng)，這3個(gè)子干涉系統(tǒng)對應(yīng)的感應(yīng)光纜通過編碼組合形成6個(gè)周界。

在編碼技術(shù)中，為了減小誤報(bào)、誤判，不同干涉光纖感應(yīng)的同一擾動(dòng)信號后獲得的干涉信號的一致性十分重要。這種波分復(fù)用技術(shù)具有顯著的信號一致性優(yōu)勢。由于子系統(tǒng)共用一個(gè)干涉結(jié)構(gòu)（IU），干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)近似度明顯高于前面論述的編碼技術(shù)中采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在那種結(jié)構(gòu)中，不同的干涉系統(tǒng)是由不同的模塊（IU）構(gòu)成的。盡管在實(shí)際應(yīng)用中，為了確保同一區(qū)編碼信號的不同感應(yīng)光纖感應(yīng)到信號的一致性，會(huì)盡力控制構(gòu)成模塊的參數(shù)的一致性，但是這種參數(shù)的控制力度是限的，而且高精度的控制無疑也會(huì)增加實(shí)際應(yīng)用的成本。而采用WDM技術(shù)，為保持子干涉結(jié)構(gòu)的一致性，首先，對于實(shí)現(xiàn)延遲功能的光纖，其長度不會(huì)因子系統(tǒng)的改變而改變。對于決定子系統(tǒng)工作點(diǎn)的器件，僅需選擇在光源工作波長范圍內(nèi)平坦度優(yōu)良的器件即可實(shí)現(xiàn)，這在當(dāng)今的光纖無源器件市場是已成熟的技術(shù)，不存在技術(shù)上的控制成本。因而，這種方法獲得的信號從理論上來說，具有子系統(tǒng)感應(yīng)信號的相似性高的優(yōu)勢。圖4、圖5是兩組測試數(shù)據(jù)。從第一組可以看出（b）（c）探測到信號，則可斷定侵?jǐn)_發(fā)生在第6區(qū)；第二組中，僅（c）探測到信號，可斷定擾動(dòng)發(fā)生在第3區(qū)。

4結(jié)論

利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路擾動(dòng)信號復(fù)用同一干涉模塊，大大降低了安防周界中因分區(qū)所需干涉系統(tǒng)的數(shù)量。波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步解決了光纖入侵探測技術(shù)系統(tǒng)組件多、系統(tǒng)龐大的缺點(diǎn)，有利于在長距離、大范圍周界安防中使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]JUZAREZ J C，MAIER E W，CHOI K N，et al.Distributed fiber optic intrusion sensor system[J].Lightwave Technology，2005，23（6）：20812087.

[2]彭龍，鄒琪琳，張敏，等.光纖周界探測技術(shù)原理及研究現(xiàn)狀[J].激光雜志，2007，28（4）：13.

[3]潘岳，王健.雙馬赫—曾德爾型干涉儀定位技術(shù)研究[J].光學(xué)儀器，2012，34（3）：5459.

[4]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].SPIE，1992，1797：76108.

[5]唐璜，吳紅艷，章驊，等.光纖編碼技術(shù)在區(qū)域定位監(jiān)控中的應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010，31（4）：2010，912915.第36卷第5期2014年10月光學(xué)儀器OPTICAL INSTRUMENTSVol.36， No.5October， 2014

摘要： 提出在光纖入侵探測系統(tǒng)中應(yīng)用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，以進(jìn)一步精簡系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)將不同干涉子系統(tǒng)通過不同波長加以區(qū)分，并利用波分復(fù)用技術(shù)將不同波長的干涉子系統(tǒng)復(fù)用同一干涉模塊。在信號接收端，利用解復(fù)用的方式，將各個(gè)不同波長干涉子系統(tǒng)信號分開，從而獲得不同干涉子系統(tǒng)中相對獨(dú)立的時(shí)域信號。

關(guān)鍵詞： 光纖； 入侵探測； 波分復(fù)用

中圖分類號： TN 911.74文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.05.003

引言

周界入侵探測技術(shù)作為安防領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的入侵探測手段，其應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史。目前用于周界入侵探測技術(shù)多種多樣，其具體采用探測的介質(zhì)、技術(shù)參數(shù)、探測范圍等要素均不盡相同；而各類安全防范系統(tǒng)的使用環(huán)境、每個(gè)安防系統(tǒng)的防范等級、防范目的更是千差百異?；诩t外、激光、微波、電磁場等技術(shù)的傳統(tǒng)周界入侵探測技術(shù)，普遍存在著盲點(diǎn)、誤報(bào)、環(huán)境影響等可靠性問題及后端數(shù)據(jù)融合發(fā)展的瓶頸。而新時(shí)期的入侵探測系統(tǒng)則要能夠?qū)Ω鞣N入侵事件及時(shí)識別響應(yīng)，且須具有長距離監(jiān)控、高精度定位功能、低能源依賴性、高環(huán)境耐受性、抗電磁干擾以及抗腐蝕等特性。光纖入侵探測技術(shù)則能夠符合上述要求，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景[1]。光纖入侵探測技術(shù)的特點(diǎn)如下：將光纜埋設(shè)于地下，或者根據(jù)具體情況敷設(shè)在監(jiān)控區(qū)域周界的籬笆、圍欄、墻壁上，通過對各種進(jìn)入周界的侵入行為引起的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。當(dāng)有人接近、踏過或穿越布設(shè)光纜的地域時(shí)，即便是最輕微的動(dòng)作，也會(huì)對光纜中的光纖產(chǎn)生擾動(dòng)。這種擾動(dòng)導(dǎo)致光信號傳輸發(fā)生變化，并經(jīng)由同一根光纜，將擾動(dòng)改變后的傳輸光信號輸至遠(yuǎn)端的系統(tǒng)主機(jī)。再通過各種特殊的光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)由復(fù)雜的檢測方法，對環(huán)境擾動(dòng)做出判斷并報(bào)警[2]。

本文提出在光纖入侵探測系統(tǒng)中應(yīng)用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，以進(jìn)一步精簡系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)將不同干涉子系統(tǒng)通過不同波長加以區(qū)分，并利用波分復(fù)用技術(shù)將不同波長的干涉子系統(tǒng)復(fù)用同一干涉模塊。在信號接收端，利用解復(fù)用的方式，將各個(gè)不同波長干涉子系統(tǒng)信號分開，從而獲得不同干涉子系統(tǒng)中相對獨(dú)立的時(shí)域信號。具體是利用布設(shè)在現(xiàn)場的傳感光纖對區(qū)域環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，用干涉方法實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號的提取，利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的定位。通過波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同干涉系統(tǒng)共用一套干涉模塊的方法，可以顯著減少光纖入侵探測系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)成本；同時(shí)該方法能對環(huán)境觸發(fā)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能快速、有效確定擾動(dòng)信號所屬區(qū)域，具有較高的靈敏度，有利于在大區(qū)域，長距離的監(jiān)控領(lǐng)域獲得實(shí)施。

1波分復(fù)用（WDM）技術(shù)原理WDM技術(shù)是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的波長（或者頻率）不同，將光纖的低損耗窗口劃分為若干個(gè)信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器，將不同波長的信號光載波合并起來送入一根光纖中進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器將這些不同波長的光載波（分別承載不同信號的光）分開[34]。圖1給出了基本的波分復(fù)用系統(tǒng)的組成。

2基于波分復(fù)用的光纖入侵探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及理論分析

由寬光譜的光源出來的光經(jīng)過隔離器（IS）進(jìn)入干涉模塊IU后，通過波分復(fù)用器WDM，將不同的干涉子系統(tǒng)進(jìn)行波長區(qū)分。經(jīng)過FRM反射后，不同波長的光通過波分復(fù)用器WDM合成一束重新進(jìn)入干涉模塊IU。干涉信號從C1的3、4端口輸出后，再次利用波分復(fù)用器WDM，將不同波長的光解復(fù)用，從而獲得不同干涉系統(tǒng)相對獨(dú)立的信號，分別輸入相應(yīng)的探測器。從原理圖可以看出，波分復(fù)用器（WDM）的不同輸出端口和相應(yīng)的反射裝置皆可與共同的干涉模塊構(gòu)成一個(gè)干涉子系統(tǒng)，每個(gè)干涉子系統(tǒng)在經(jīng)過WDM解復(fù)用后進(jìn)入光電探測器。由于各個(gè)干涉系統(tǒng)波長不同，因此該系統(tǒng)中不同波長子系統(tǒng)的光信號不會(huì)發(fā)生干涉。不同干涉子系統(tǒng)工作原理相同，因此以波長為λ1的干涉子系統(tǒng)為例，相互干涉的光的路徑為：1） 1-2-5-7-9-101-FRM1-101-9-8-62） 1-2-6-8-9-101-FRM1-101-9-7-5這兩路光在C1處匯合，相互干涉，經(jīng)端口3、4輸出后，經(jīng)WDM解復(fù)用后，分別輸入到光電探測器PD11、PD12。對于其它不同波長的干涉子系統(tǒng)，干涉原理相同。在這個(gè)WDM實(shí)現(xiàn)的復(fù)用結(jié)構(gòu)中，當(dāng)擾動(dòng)信號作用于工作波長為λi的感應(yīng)光纖時(shí)，該感應(yīng)光纖內(nèi)光纖傳光特性（相位和光強(qiáng)）會(huì)發(fā)生變化，僅在λi對應(yīng)的干涉信號輸出可檢測到相應(yīng)光強(qiáng)的變化，進(jìn)而解算出該擾動(dòng)信號。因此，通過檢測各干涉信號輸出端口的信號變化，可同時(shí)判斷出信號的特征以及感應(yīng)到信號的光纜，即信號發(fā)生的位置，實(shí)現(xiàn)對各種進(jìn)入周界的入侵行為的實(shí)時(shí)檢測。

3波分復(fù)用與編碼技術(shù)的融合

波分復(fù)用技術(shù)與編碼技術(shù)融合，將更加有利于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的簡化，特別是簡化施工及系統(tǒng)的維護(hù)[5]。圖3即為基于波分復(fù)用干涉結(jié)構(gòu)的周界編碼應(yīng)用技術(shù)的示例。圖中，采用3通道的WDM，形成3個(gè)獨(dú)立的子干涉系統(tǒng)，這3個(gè)子干涉系統(tǒng)對應(yīng)的感應(yīng)光纜通過編碼組合形成6個(gè)周界。

在編碼技術(shù)中，為了減小誤報(bào)、誤判，不同干涉光纖感應(yīng)的同一擾動(dòng)信號后獲得的干涉信號的一致性十分重要。這種波分復(fù)用技術(shù)具有顯著的信號一致性優(yōu)勢。由于子系統(tǒng)共用一個(gè)干涉結(jié)構(gòu)（IU），干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)近似度明顯高于前面論述的編碼技術(shù)中采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在那種結(jié)構(gòu)中，不同的干涉系統(tǒng)是由不同的模塊（IU）構(gòu)成的。盡管在實(shí)際應(yīng)用中，為了確保同一區(qū)編碼信號的不同感應(yīng)光纖感應(yīng)到信號的一致性，會(huì)盡力控制構(gòu)成模塊的參數(shù)的一致性，但是這種參數(shù)的控制力度是限的，而且高精度的控制無疑也會(huì)增加實(shí)際應(yīng)用的成本。而采用WDM技術(shù)，為保持子干涉結(jié)構(gòu)的一致性，首先，對于實(shí)現(xiàn)延遲功能的光纖，其長度不會(huì)因子系統(tǒng)的改變而改變。對于決定子系統(tǒng)工作點(diǎn)的器件，僅需選擇在光源工作波長范圍內(nèi)平坦度優(yōu)良的器件即可實(shí)現(xiàn)，這在當(dāng)今的光纖無源器件市場是已成熟的技術(shù)，不存在技術(shù)上的控制成本。因而，這種方法獲得的信號從理論上來說，具有子系統(tǒng)感應(yīng)信號的相似性高的優(yōu)勢。圖4、圖5是兩組測試數(shù)據(jù)。從第一組可以看出（b）（c）探測到信號，則可斷定侵?jǐn)_發(fā)生在第6區(qū)；第二組中，僅（c）探測到信號，可斷定擾動(dòng)發(fā)生在第3區(qū)。

4結(jié)論

利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路擾動(dòng)信號復(fù)用同一干涉模塊，大大降低了安防周界中因分區(qū)所需干涉系統(tǒng)的數(shù)量。波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步解決了光纖入侵探測技術(shù)系統(tǒng)組件多、系統(tǒng)龐大的缺點(diǎn)，有利于在長距離、大范圍周界安防中使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]JUZAREZ J C，MAIER E W，CHOI K N，et al.Distributed fiber optic intrusion sensor system[J].Lightwave Technology，2005，23（6）：20812087.

[2]彭龍，鄒琪琳，張敏，等.光纖周界探測技術(shù)原理及研究現(xiàn)狀[J].激光雜志，2007，28（4）：13.

[3]潘岳，王健.雙馬赫—曾德爾型干涉儀定位技術(shù)研究[J].光學(xué)儀器，2012，34（3）：5459.

[4]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].SPIE，1992，1797：76108.

[5]唐璜，吳紅艷，章驊，等.光纖編碼技術(shù)在區(qū)域定位監(jiān)控中的應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010，31（4）：2010，912915.第36卷第5期2014年10月光學(xué)儀器OPTICAL INSTRUMENTSVol.36， No.5October， 2014

摘要： 提出在光纖入侵探測系統(tǒng)中應(yīng)用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，以進(jìn)一步精簡系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)將不同干涉子系統(tǒng)通過不同波長加以區(qū)分，并利用波分復(fù)用技術(shù)將不同波長的干涉子系統(tǒng)復(fù)用同一干涉模塊。在信號接收端，利用解復(fù)用的方式，將各個(gè)不同波長干涉子系統(tǒng)信號分開，從而獲得不同干涉子系統(tǒng)中相對獨(dú)立的時(shí)域信號。

關(guān)鍵詞： 光纖； 入侵探測； 波分復(fù)用

中圖分類號： TN 911.74文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.05.003

引言

周界入侵探測技術(shù)作為安防領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的入侵探測手段，其應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史。目前用于周界入侵探測技術(shù)多種多樣，其具體采用探測的介質(zhì)、技術(shù)參數(shù)、探測范圍等要素均不盡相同；而各類安全防范系統(tǒng)的使用環(huán)境、每個(gè)安防系統(tǒng)的防范等級、防范目的更是千差百異。基于紅外、激光、微波、電磁場等技術(shù)的傳統(tǒng)周界入侵探測技術(shù)，普遍存在著盲點(diǎn)、誤報(bào)、環(huán)境影響等可靠性問題及后端數(shù)據(jù)融合發(fā)展的瓶頸。而新時(shí)期的入侵探測系統(tǒng)則要能夠?qū)Ω鞣N入侵事件及時(shí)識別響應(yīng)，且須具有長距離監(jiān)控、高精度定位功能、低能源依賴性、高環(huán)境耐受性、抗電磁干擾以及抗腐蝕等特性。光纖入侵探測技術(shù)則能夠符合上述要求，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景[1]。光纖入侵探測技術(shù)的特點(diǎn)如下：將光纜埋設(shè)于地下，或者根據(jù)具體情況敷設(shè)在監(jiān)控區(qū)域周界的籬笆、圍欄、墻壁上，通過對各種進(jìn)入周界的侵入行為引起的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。當(dāng)有人接近、踏過或穿越布設(shè)光纜的地域時(shí)，即便是最輕微的動(dòng)作，也會(huì)對光纜中的光纖產(chǎn)生擾動(dòng)。這種擾動(dòng)導(dǎo)致光信號傳輸發(fā)生變化，并經(jīng)由同一根光纜，將擾動(dòng)改變后的傳輸光信號輸至遠(yuǎn)端的系統(tǒng)主機(jī)。再通過各種特殊的光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)由復(fù)雜的檢測方法，對環(huán)境擾動(dòng)做出判斷并報(bào)警[2]。

本文提出在光纖入侵探測系統(tǒng)中應(yīng)用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，以進(jìn)一步精簡系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)將不同干涉子系統(tǒng)通過不同波長加以區(qū)分，并利用波分復(fù)用技術(shù)將不同波長的干涉子系統(tǒng)復(fù)用同一干涉模塊。在信號接收端，利用解復(fù)用的方式，將各個(gè)不同波長干涉子系統(tǒng)信號分開，從而獲得不同干涉子系統(tǒng)中相對獨(dú)立的時(shí)域信號。具體是利用布設(shè)在現(xiàn)場的傳感光纖對區(qū)域環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，用干涉方法實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號的提取，利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的定位。通過波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同干涉系統(tǒng)共用一套干涉模塊的方法，可以顯著減少光纖入侵探測系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)成本；同時(shí)該方法能對環(huán)境觸發(fā)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能快速、有效確定擾動(dòng)信號所屬區(qū)域，具有較高的靈敏度，有利于在大區(qū)域，長距離的監(jiān)控領(lǐng)域獲得實(shí)施。

1波分復(fù)用（WDM）技術(shù)原理WDM技術(shù)是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的波長（或者頻率）不同，將光纖的低損耗窗口劃分為若干個(gè)信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器，將不同波長的信號光載波合并起來送入一根光纖中進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器將這些不同波長的光載波（分別承載不同信號的光）分開[34]。圖1給出了基本的波分復(fù)用系統(tǒng)的組成。

2基于波分復(fù)用的光纖入侵探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及理論分析

由寬光譜的光源出來的光經(jīng)過隔離器（IS）進(jìn)入干涉模塊IU后，通過波分復(fù)用器WDM，將不同的干涉子系統(tǒng)進(jìn)行波長區(qū)分。經(jīng)過FRM反射后，不同波長的光通過波分復(fù)用器WDM合成一束重新進(jìn)入干涉模塊IU。干涉信號從C1的3、4端口輸出后，再次利用波分復(fù)用器WDM，將不同波長的光解復(fù)用，從而獲得不同干涉系統(tǒng)相對獨(dú)立的信號，分別輸入相應(yīng)的探測器。從原理圖可以看出，波分復(fù)用器（WDM）的不同輸出端口和相應(yīng)的反射裝置皆可與共同的干涉模塊構(gòu)成一個(gè)干涉子系統(tǒng)，每個(gè)干涉子系統(tǒng)在經(jīng)過WDM解復(fù)用后進(jìn)入光電探測器。由于各個(gè)干涉系統(tǒng)波長不同，因此該系統(tǒng)中不同波長子系統(tǒng)的光信號不會(huì)發(fā)生干涉。不同干涉子系統(tǒng)工作原理相同，因此以波長為λ1的干涉子系統(tǒng)為例，相互干涉的光的路徑為：1） 1-2-5-7-9-101-FRM1-101-9-8-62） 1-2-6-8-9-101-FRM1-101-9-7-5這兩路光在C1處匯合，相互干涉，經(jīng)端口3、4輸出后，經(jīng)WDM解復(fù)用后，分別輸入到光電探測器PD11、PD12。對于其它不同波長的干涉子系統(tǒng)，干涉原理相同。在這個(gè)WDM實(shí)現(xiàn)的復(fù)用結(jié)構(gòu)中，當(dāng)擾動(dòng)信號作用于工作波長為λi的感應(yīng)光纖時(shí)，該感應(yīng)光纖內(nèi)光纖傳光特性（相位和光強(qiáng)）會(huì)發(fā)生變化，僅在λi對應(yīng)的干涉信號輸出可檢測到相應(yīng)光強(qiáng)的變化，進(jìn)而解算出該擾動(dòng)信號。因此，通過檢測各干涉信號輸出端口的信號變化，可同時(shí)判斷出信號的特征以及感應(yīng)到信號的光纜，即信號發(fā)生的位置，實(shí)現(xiàn)對各種進(jìn)入周界的入侵行為的實(shí)時(shí)檢測。

3波分復(fù)用與編碼技術(shù)的融合

波分復(fù)用技術(shù)與編碼技術(shù)融合，將更加有利于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的簡化，特別是簡化施工及系統(tǒng)的維護(hù)[5]。圖3即為基于波分復(fù)用干涉結(jié)構(gòu)的周界編碼應(yīng)用技術(shù)的示例。圖中，采用3通道的WDM，形成3個(gè)獨(dú)立的子干涉系統(tǒng)，這3個(gè)子干涉系統(tǒng)對應(yīng)的感應(yīng)光纜通過編碼組合形成6個(gè)周界。

在編碼技術(shù)中，為了減小誤報(bào)、誤判，不同干涉光纖感應(yīng)的同一擾動(dòng)信號后獲得的干涉信號的一致性十分重要。這種波分復(fù)用技術(shù)具有顯著的信號一致性優(yōu)勢。由于子系統(tǒng)共用一個(gè)干涉結(jié)構(gòu)（IU），干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)近似度明顯高于前面論述的編碼技術(shù)中采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在那種結(jié)構(gòu)中，不同的干涉系統(tǒng)是由不同的模塊（IU）構(gòu)成的。盡管在實(shí)際應(yīng)用中，為了確保同一區(qū)編碼信號的不同感應(yīng)光纖感應(yīng)到信號的一致性，會(huì)盡力控制構(gòu)成模塊的參數(shù)的一致性，但是這種參數(shù)的控制力度是限的，而且高精度的控制無疑也會(huì)增加實(shí)際應(yīng)用的成本。而采用WDM技術(shù)，為保持子干涉結(jié)構(gòu)的一致性，首先，對于實(shí)現(xiàn)延遲功能的光纖，其長度不會(huì)因子系統(tǒng)的改變而改變。對于決定子系統(tǒng)工作點(diǎn)的器件，僅需選擇在光源工作波長范圍內(nèi)平坦度優(yōu)良的器件即可實(shí)現(xiàn)，這在當(dāng)今的光纖無源器件市場是已成熟的技術(shù)，不存在技術(shù)上的控制成本。因而，這種方法獲得的信號從理論上來說，具有子系統(tǒng)感應(yīng)信號的相似性高的優(yōu)勢。圖4、圖5是兩組測試數(shù)據(jù)。從第一組可以看出（b）（c）探測到信號，則可斷定侵?jǐn)_發(fā)生在第6區(qū)；第二組中，僅（c）探測到信號，可斷定擾動(dòng)發(fā)生在第3區(qū)。

4結(jié)論

利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路擾動(dòng)信號復(fù)用同一干涉模塊，大大降低了安防周界中因分區(qū)所需干涉系統(tǒng)的數(shù)量。波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步解決了光纖入侵探測技術(shù)系統(tǒng)組件多、系統(tǒng)龐大的缺點(diǎn)，有利于在長距離、大范圍周界安防中使用。

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