Способ непрерывного контроля нарушений оптического волокна

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.

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.

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 значение

$$Y_j=\left(1/N\right){\displaystyle \sum _{i=1}^N{Y}_i,\left(1\right)}$$

которое запоминается и используется в последующих циклах. Для вычисления контрольного сигнала используется формула

$${Ф}_{J+k}\stackrel{N}{=}{\displaystyle \sum _{i=1}\left(Y_i-Y_j\right)/Y_i-Y_j/.\left(2\right)}$$

После окончания каждого j-го цикла полученная величина Ф_j запоминается и вычитается из значения, вычисленного в j-1, j-k1, j-k2…j-km циклах, полученная разность сравнивается с заранее заданными порогами обнаружения Ф_o и тревоги Ф_т, и в случае если выполняется одно из условий

$$\begin{array}{l}/{Ф}_j-{Ф}_{j-1}/\ge {Ф}_{т},\left(3\right)\\ /{Ф}_j-{Ф}_{j-k1}/\ge {Ф}_{т},\\ /{Ф}_j-{Ф}_{j-k2}/\ge {Ф}_{т},\\ /{Ф}_j-{Ф}_{j-k3}/\ge {Ф}_{т},\\ \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \\ /{Ф}_j-{Ф}_{j-k3}/\ge {Ф}_{т},\end{array}$$

то формируется сигнал тревоги. В случае если выполняется одно из условий

$$\begin{array}{l}{Ф}_{т}\ge /{Ф}_j-{Ф}_{j-1}/\ge {Ф}_o,\left(4\right)\\ {Ф}_{т}\ge /{Ф}_j-{Ф}_{j-k1}/\ge {Ф}_o,\\ {Ф}_{т}\ge /{Ф}_j-{Ф}_{j-k2}/\ge {Ф}_o,\\ {Ф}_{т}\ge /{Ф}_j-{Ф}_{j-k3}/\ge {Ф}_o,\\ \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \\ {Ф}_{т}\ge /{Ф}_j-{Ф}_{j-km}/\ge {Ф}_o,\end{array}$$

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≥Ф_т/Ф_o.

Недостатками вышеуказанного способа являются:

1) отсутствие корреляции времени наблюдения и сигнала нарушения. Время появления сигнала нарушения не определено, а начало наблюдения формируется произвольно таймером;

2) неоптимальный выбор времени наблюдения. Оптимальным следует считать время, в течение которого на принятие решения не влияют внешние и внутренние помехи.

Решаемой технической задачей является создание способа непрерывного контроля оптического волокна с повышенной вероятностью обнаружения нарушения.

Достигаемым техническим результатом является - корреляция времени наблюдения с началом сигнала нарушения и оптимальный выбор времени наблюдения.

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 y_j и предыдущее y_j-1 значения средних выборочных величин за количество отсчетов N из соотношения:

$$y_j=\frac{1}{N}{\displaystyle \sum {}_{i=1}^{N}yi\left(5\right)}$$

где i - текущее значение отсчетов АЦП, сравнивают текущее y_j и предыдущее y_j-1 значения средних выборочных величин при увеличении количества отсчетов наблюдения N до условия, при котором

$$y_j-y_{j-1}=1емр,\left(6\right)$$

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 L_k при количестве отсчетов контроля n из соотношения:

$$L_k={{\displaystyle \sum {}_{i=k-n}^k\left(yi-\frac{1}{N-n}{\displaystyle \sum {}_{i=k-N}^{k-n}}yi\right)}}^2,\left(7\right)$$

осуществляют непрерывный контроль нарушений путем сравнения L_k с предварительно заданным пороговым значением L_п, в случае, если L_k>L_п, производят отключение передачи оптических сигналов.

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.

На фиг.1 представлена диаграмма реализации способа контроля.

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).

Период дискретизации АЦП - t_д, который определяется верхней частотой входного сигнала в соответствии с теоремой Котельникова:

$$t_{д}\le 1/2f,\left(8\right)$$

где f - верхняя частота в спектре входного аналогового сигнала.

Количество уровней дискретизации по амплитуде К (разрядность АЦП k=log₂K) определяется по отношению среднего уровня входного сигнала U к шуму

$$K~U/\sigma ,\left(9\right)$$

где σ - среднее квадратическое значение шума.

После этого определяется время, в течение которого сигнал можно считать стационарным. Для этого вычисляется среднее выборочное значение по формуле

$$yi=\frac{1}{N}{\displaystyle \sum {}_{i=1}^N}yi,\left(10\right)$$

где N=Т_н/t_д - количество отсчетов АЦП, соответствующее Т_н.

Величина N увеличивается до тех пор, пока не будет выполнено условие

$$y_j-y_{j-1}=1емр,\left(11\right)$$

где емр - единица младшего разряда АЦП. Полученное значение N обеспечит максимальную чувствительность способа обнаружения.

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.

После этого в каждый момент времени k производится вычисление параметра L_k по формуле (на фиг.1 зеленая кривая):

$$L_k={\displaystyle \sum {}_{i=k-n}^k}{\left(yi-\frac{1}{N-n}{\displaystyle \sum {}_{i=k-N}^{k-n}}yi\right)}^2.\left(12\right)$$

Полученное значение сравнивается с пороговым значением L_п (на фиг.1 красная прямая). В случае если

$$L_k\ge L_{п},\left(13\right)$$

то считается, что обнаружен сигнал нарушения волоконно-оптической линии.

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 y_j и предыдущее y_j-1 значения средних выборочных величин за количество отсчетов N из соотношения:
$$y_j=\frac{1}{N}{\displaystyle \sum {}_{i=1}^{N}yi}$$
где i - текущее значение отсчетов АЦП, сравнивают текущее y_j и предыдущее y_j-1 значения средних выборочных величин при увеличении количества отсчетов наблюдения N до условия, при котором
$$y_j-y_{j-1}=1емр,$$
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 L_k при количестве отсчетов контроля n из соотношения:
$$L_k={{\displaystyle \sum {}_{i=k-n}^k\left(yi-\frac{1}{N-n}{\displaystyle \sum {}_{i=k-N}^{k-n}}yi\right)}}^2,$$
осуществляют непрерывный контроль нарушений путем сравнения L_k с предварительно заданным пороговым значением L_п, в случае, если L_k>L_п, производят отключение передачи оптических сигналов.