本发明提供了一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，包括：步骤1、建立健康监测点，采集光传输设备内部各可更换模块的状态，用于形成状态信息库；步骤2、基于建立的健康监测点，建立光传输设备的故障分析模型，定位各模块故障，分析导致故障的原因；步骤3、进行设备全生命周期管理，对光传输设备各模块的更换、维护、维修记录进行追踪，并提供维护维修决策建议。本发明的方法快速、有效，方便运行人员实时了解设备健康状态，及时定位故障信息，为数据接收系统的运行提供高效便捷的故障定位手段，保障系统的可靠运行。
1.一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、建立健康监测点，采集光传输设备内部各可更换模块的状态，用于形成状态信息库，所述光传输设备包括光发射组件、光接收组件和传输光纤；
步骤2、基于建立的健康监测点，建立光传输设备的故障分析模型，定位各模块故障，分析导致故障的原因；
步骤3、进行设备全生命周期管理，对光传输设备各模块的更换、维护、维修记录进行追踪，并提供维护维修决策建议；
所述步骤1中，建立健康监测点，包括在光发射组件和光接收组件上建立健康监测点，具体的：
a. 光发射组件的健康监测点包括其上的电源模块、射频模块、发射光模块；
b. 光接收组件的健康监测点包括其上的电源模块、射频模块、接收光模块；
光发射组件中电源模块的监测信息包括综合状态、供电电流及供电电压；
光发射组件中的射频模块的监测信息包括放大器工作状态和数控衰减；
光发射组件中的发射光模块的监测信息包括输出光功率、激光器工作环境温度、制冷制热电流和激光器工作电流；
光接收组件中电源模块的监测信息包括综合状态、供电电流及供电电压；
光接收组件中的射频模块的监测信息包括放大器工作状态和数控衰减；
光接收组件中的接收光模块的监测信息包括检测的光功率；
所述的激光器工作电流、输出光功率、制冷制热电流和激光器的工作环境温度组成了一个相互关联的综合信息，发射光模块通过激光器工作电流、输出光功率、制冷制热电流和激光器的工作环境温度进行互相验证和判断；所述的验证和判断逻辑为：首先判断激光器的工作环境温度和制冷制热电流的信息是否相符，激光器的工作环境温度高于设置的温度时，制冷制热电流会正向流动进行制冷，工作环境温度越高，该制冷制热电流越大；反之，激光器的工作环境温度低于设置的温度时，制冷制热电流会反向流动进行制热，工作环境温度越低，该制冷制热电流越大；
激光器的制冷制热电流和激光器的工作温度信息相符时，判断激光器的工作电流和激光器的输出光功率信息；在正常情况下激光器的工作电流和激光器的输出光功率保持稳定水平，通过判断激光器的工作电流和激光器的输出光功率来判断发射光模块是否异常。
2.根据权利要求1所述的一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，其特征在于：光发射组件和光接收组件的供电电流包括：工作电流和制冷制热电流，采用霍尔传感器进行检测；
激光器工作环境温度采用热敏电阻进行检测，热敏电阻电阻值与温度成线性关系，将电阻值信息转换为对应电压信息获得当前的温度信息；
输出光功率利用检测激光器背光的光功率大小来获取，将背光信息转换为电压信息，该电压信息与背光的输入光功率成正比，通过检测电压信息获得激光器的输出光功率。
3.根据权利要求1所述的一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1中，采集光传输设备内部各可更换模块的状态包括进行射频检波，射频检波将获得光发射组件的输入射频信号功率和光接收组件的输出射频信号功率的大小；具体的：所述的射频检波方法将输入射频信号耦合出一部分进行检波后通过折算获得输入射频信号功率的大小；输入射频信号先经过定向耦合器，在耦合器输出端将耦合出的一部分信号送入检波器，经检波器后输出一个和输入射频信号成线性关系的直流电压。
4.根据权利要求1所述的一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2建立的故障分析模型的方法包括：故障树、故障专家库、或故障案例库。
5.根据权利要求4所述的一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，其特征在于，建立的故障树包括光发射组件故障树和光接收组件故障树，故障树包括设备的硬件故障和软件故障，硬件故障包括电源模块故障、射频模块故障、光模块故障和监控模块故障，软件故障包括因各种异常导致的软件崩溃。
6.根据权利要求4所述的一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，其特征在于，所述的故障专家库是基于已建立的健康监测点，结合专家推理和自动测试相结合的手段建立的一种故障分析模型，故障专家库基于人工经验累积，建立光传输设备的故障知识，并审核形成故障专家库，通过专家知识的建立，形成针对光传输设备的专家知识库。
7.根据权利要求4所述的一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，其特征在于，所述的建立故障案例库，是基于历史故障问题累积，建立光传输设备的案例库，通过对历史故障的现象及定位原因的记录，形成故障案例库，建立对相同或相似故障问题的排查手段，故障案例库包括历史故障的分类、检索、删除、更新、导入。
一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法
技术领域
[0001] 本发明涉及光通信技术领域，具体为一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法。
背景技术
[0002] 光传输设备用于地面数据接收站的长距离信号传输，可传输单路/多路射频信号。光传输设备一般包括光发射组件、光接收组件和传输光纤。光发射组件将射频信号转换为
光信号，光接收组件将光发射组件发送的光信号转换为相应的射频信号。而传输光纤则作
为传输介质。相较于射频电缆传输，光传输设备的引入可实现射频信号的远距离、低损耗传
输，被广泛应用于卫星地面站、航天发射场等系统中。因此，光传输设备是数据接收系统不
可或缺的一环，当其出现故障时，可能会直接造成任务失败。
[0003] 近年来地面数据接收站规模日益庞大，系统复杂程度日益提升。对于设备维修维护的要求也逐步提高。光传输设备作为信道系统的专用设备，专业性高，使用体量大。面对
数量庞大的设备群，在实际运行中往往不能及时获取故障信息和定位，造成维修维护的时
效性降低。此外，光传输设备缺乏独立的监测手段，对故障的定位造成一定难度。
[0004] 基于上述需求，迫切需要对光传输设备建立一种健康状态检测和故障诊断和定位的方法，便于运行人员实时了解设备健康状态，及时定位故障信息，为维护维修提供极大的
便利性。
发明内容
[0005] 针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，使光传输设备具有实时检测故障、定位故障原因等能力，有效解决了背景技术提出的
问题。
[0006] 本发明的技术方案为：一种光传输设备的健康监测及故障诊断方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤1、建立健康监测点，采集光传输设备内部各可更换模块的状态，用于形成状态信息库，所述光传输设备包括光发射组件、光接收组件和传输光纤；
[0008] 步骤2、基于建立的健康监测点，建立光传输设备的故障分析模型，定位各模块故障，分析导致故障的原因；
[0009] 步骤3、进行设备全生命周期管理，对光传输设备各模块的更换、维护、维修记录进行追踪，并提供维护维修决策建议。
[0010] 进一步的，所述步骤1中，建立健康监测点，包括在光发射组件和光接收组件上建立健康监测点，具体的：
[0011] a. 光发射组件的健康监测点包括其上的电源模块、射频模块、发射光模块；
[0012] b. 光接收组件的健康监测点包括其上的电源模块、射频模块、接收光模块。
[0013] 进一步的，光发射组件中电源模块的监测信息包括综合状态、供电电流及供电电压；
[0014] 光发射组件中的射频模块的监测信息包括放大器工作状态和数控衰减；
[0015] 光发射组件中的发射光模块的监测信息包括输出光功率、激光器工作环境温度、制冷制热电流和激光器工作电流；
[0016] 光接收组件中电源模块的监测信息包括综合状态、供电电流及供电电压；
[0017] 光接收组件中的射频模块的监测信息包括放大器工作状态和数控衰减；
[0018] 光接收组件中的接收光模块的监测信息包括检测的光功率；
[0019] 进一步的，光发射组件和光接收组件的供电电流包括：工作电流和制冷制热电流，采用霍尔传感器进行检测；
[0020] 激光器工作环境温度采用热敏电阻进行检测，热敏电阻电阻值与温度成线性关系，将电阻值信息转换为对应电压信息获得当前的温度信息；
[0021] 输出光功率利用检测激光器背光的光功率大小来获取，将背光信息转换为电压信息，该电压信息与背光的输入光功率成正比，通过检测电压信息获得激光器的输出光功率。
[0022] 进一步的，所述步骤1中，采集光传输设备内部各可更换模块的状态包括进行射频检波，射频检波将获得光发射组件的输入射频信号功率和光接收组件的输出射频信号功率
的大小；具体的：所述的射频检波方法将输入射频信号耦合出一部分进行检波后通过折算
获得输入射频信号功率的大小；输入射频信号先经过定向耦合器，在耦合器输出端将耦合
出的一部分信号送入检波器，经检波器后输出一个和输入射频信号成线性关系的直流电
压。
[0023] 进一步的，所述步骤2建立的故障分析模型的方法包括故障树、故障专家库、故障案例库。
[0024] 进一步的，建立的故障树包括光发射组件故障树和光接收组件故障树，故障树包括设备的硬件故障和软件故障，硬件故障包括电源模块故障、射频模块故障、光模块故障和
监控模块故障，软件故障包括因各种异常导致的软件崩溃。
[0025] 进一步的，所述的故障专家库是基于已建立的健康监测点，结合专家推理和自动测试相结合的手段建立的一种故障分析模型，故障专家库基于人工经验累积，建立光传输
设备的故障知识，并审核形成故障专家库，通过专家知识的建立，形成针对光传输设备的专
家知识库。
[0026] 进一步的，所述的建立故障案例库，是基于历史故障问题累积，建立光传输设备的案例库，通过对历史故障的现象及定位原因的记录，形成故障案例库，建立对相同或相似故
障问题的排查手段，故障案例库包括历史故障的分类、检索、删除、更新、导入。
[0027] 进一步的，所述的激光器工作电流、输出光功率、制冷制热电流和激光器的工作环境温度组成了一个相互关联的综合信息，发射光模块通过上述四个监测信息进行互相验证
和判断；所述的验证和判断逻辑为：
[0028] 首先判断激光器的工作环境温度和制冷制热电流的信息是否相符，激光器的工作环境温度高于设置的温度时，热冷制热电流会正向流动进行制冷，工作环境温度越高，该电
流越大；反之，激光器的工作环境温度低于设置的温度时，热冷制热电流会反向流动进行制
热，工作环境温度越低，该电流越大；
[0029] 激光器的制冷制热电流和激光器的工作温度信息相符时，判断激光器的工作电流和激光器的输出光功率信息；在正常情况下激光器的工作电流和激光器的输出光功率保持
稳定水平，通过判断激光器的工作电流和激光器的输出光功率来判断发射光模块是否异
常。
[0030] 有益效果：
[0031] 本发明立足实际工程需求，建立对光传输设备的健康监测及故障诊断方法，有助于定位和分析光传输设备的设备故障。利用本发明所述的光传输设备的健康监测及故障诊
断方法，能够使工程技术人员及时了解设备状态，及时定位故障信息，为维护维护提供极大
的便利性，提高设备维护时效性。
附图说明
[0032] 图1为本发明实施例的光传输设备的健康监测及故障诊断方法流程图；
[0033] 图2为本发明实施例的光传输设备的组成及射频检波位置示意图；
[0034] 图3为本发明实施例的射频检波原理图；
[0035] 图4为本发明实施例的光发射组件故障树模型；
[0036] 图5为本发明实施例的光接收组件故障树模型。
具体实施方式
[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于
本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0038] 根据本发明的一个实施例，所述的光传输设备包括光发射组件、光接收组件和传输光纤。光传输设备用来实现长距离微波射频信号传输，由光发射组件将输入射频信号转
换为光信号，通过传输光纤至光接收组件，由光接收组件将光信号还原为输出射频信号。
[0039] 如图1所示，本发明的光传输设备的健康监测及故障诊断方法包括以下流程步骤：
[0040] 1、建立健康监测点，采集光传输设备内部各可更换模块的状态，用于形成状态信息库。本发明实施例中，光发射组件内部可更换模块包括双电源模块、发射光模块、射频模
块和监控模块；光接收组件内部可更换模块包括双电源模块、接收光模块、射频模块和监控
模块；传输光纤为可更换模块。
[0041] 2、建立故障分析模型，基于步骤1建立的健康监测点，建立本实施例光传输设备的故障分析模型，定位各模块故障，分析导致故障的原因。本发明实施例所选用的故障分析模
型为故障树。
[0042] 3、进行设备全生命周期管理，对光传输设备各模块的更换、维护、维修记录进行追踪，并提供维护维修决策建议。
[0043] 可选地，所述的光发射组件的监测信息及对应状态说明如表1所示：
[0044] 表1光发射组件的监测信息及对应状态说明表
[0045]
[0046] 所述的光接收组件的健康监测点，包括电源模块、射频模块和接收光模块。
[0047] 所述的电源模块的监测点所监测的信息包括但不限于为电源的综合状态、供电电压值和供电电流值；
[0048] 所述的射频模块的监测点所监测的信息包括但不限于放大器工作状态和数控衰减值；
[0049] 所述的接收光模块的监测点所监测的信息包括但不限于接收光功率。
[0050] 具体地，所述的获取接收光功率的方法在于，通过将器件的电压/电流值与接收光功率成线性关系，通过检测电流/电压值转换为接收光功率。
[0051] 可选地，所述的光接收组件的监测点及对应状态说明如表2所示：
[0052] 表2光接收组件的检测信息及对应状态说明表
[0053]
[0054] 所述的建立故障分析模型的方法包括故障树、故障专家库、故障案列库等。
[0055] 所述的建立故障树，包括光发射组件故障树和光接收组件故障树。故障树应包含设备的硬件故障和软件故障，硬件故障包括电源模块故障、射频模块故障、光模块故障和监
控模块故障。软件故障包括因各种异常导致的软件崩溃。
[0056] 所述的建立故障专家库，是基于已建立的健康监测点，结合专家推理和自动测试相结合的手段建立的一种故障分析模型。其方法在于基于人工经验累积，建立光传输设备
的故障知识，并审核形成故障专家库。通过专家知识的建立，形成针对光传输设备的专家知
识库。
[0057] 故障专家库包括光发射组件故障专家知识和光接收组件故障专家知识。
[0058] 所述的光发射组件故障专家知识包括电源模块故障专家知识。
[0059] 具体地，电源模块故障专家知识在于，如果是双电源彻底损坏无直流电输出，则电源综合状态监测信息异常，具体表现为设备前面板指示灯不亮，屏幕不亮，远程监控不响
应；如果其中一个电源模块输出电压变低或彻底损坏无电压输出，则电源供电电流或供电
电压监测信息异常，具体表现为设备通过上位机上传异常状态、通过显示屏显示、前面板电
源状态指示灯熄灭；双电源均正常情况下，则电源模块所有监测信息均正常，具体表现为电
源状态指示灯显示绿色状态；屏内显示两个电源正常。
[0060] 所述的光发射组件故障专家知识包括射频模块故障专家知识。
[0061] 具体地，射频模块故障专家知识包括，前级放大器故障时，则放大器工作状态监测信息异常和供电电流异常，放大器不能对信号正常放大，表现为输出信号偏低或者信号消
失。正常情况下，前级低噪放的增益为恒定值，供电电流为稳定值，工作电流偏差超过一定
阈值则认为放大器电流状态异常。
[0062] 具体地，射频模块专家知识包括，数控衰减器故障时，则数控衰减器值监测信息异常。通过对数控衰减值进行步进测量，可定位故障。
[0063] 所述的光发射组件故障专家知识包括发射光模块故障专家知识。
[0064] 具体地，发射光模块故障专家知识包括，如果输出的光功率值异常。正常时，光功率值在某稳定范围值内，当光功率偏低时，光功率值在亚健康状态的范围内，当光功率值小
于一定值时，光路差损变大，则发射光模块异常。
[0065] 所述的光发射组件故障专家知识包括监控模块故障专家知识。
[0066] 具体地，监控模块故障时，按其故障的种类不同，可能会导致前面板指示灯显示不正确、按键无响应、远程监控无响应或数据错误这几种现象中的一种或多种。
[0067] 所述的光接收组件故障专家知识包括电源模块故障专家知识。
[0068] 具体地，电源模块故障专家知识与光发射组件电源模块故障专家知识相同。
[0069] 所述的光接收组件故障专家知识包括射频模块故障专家知识。
[0070] 射频模块故障专家知识与光发射组件射频模块故障专家知识相同。
[0071] 所述的光接收组件故障专家知识包括接收光模块故障专家知识。
[0072] 具体地，光接收模块故障指接收到的光功率值变小。正常时，光功率值在某稳定范围内，当光功率偏低时，光功率值在亚健康状态的范围内，当光功率值小于一定值时，光路
差损变大，则接收光模块异常。当光功率值为零时，则考虑可能为连接光纤的断开。
[0073] 所述的光发射组件故障专家知识包括监控模块故障专家知识。
[0074] 射频模块故障专家知识与光发射组件射频模块故障专家知识相同。
[0075] 所述的建立故障案例库，其方法在于基于历史故障问题累积，建立光传输设备的案例库。通过对历史故障的现象及定位原因的记录，形成故障案例库，建立对相同或相似故
障问题的排查手段。故障案例库包括但不限于历史故障的分类、检索、删除、更新、导入等。
[0076] 所述的建立设备全生命周期管理，其方法在于建立对光传输设备的各可更换模块建立从上架、维修、维护到下架的全生命周期管理，并提供维修维护决策建议的存储和查
询。
[0077] 具体地，所述的光发射组件的可更换模块包括不限于发射光模块、射频模块、电源模块、监控模块等。所述的光接收组件的可更换模块包括不限于接收光模块、射频模块、电
源模块。监控模块等。
[0078] 如图2所示，射频检波可以通过检测光发射组件的输入射频信号功率大小，初步定位光传输设备故障。通过光传输设备的输入射频信号功率，结合光传输设备的增益和插损
情况，即可得到理论输出射频信号功率大小。对实际输出射频功信号率进行阈值判断，不满
足则判定光传输设备存在故障。
[0079] 图3所示的射频检波由定向耦合器、检波器和模数转换器（ADC）组成。输入射频信号经过定向耦合器，在耦合器输出端输出一路小信号，该信号进入检波器，经检波器后输出
和信号功率成正比的一个直流电压。该直流电压经过ADC后进行信号功率的判断。
[0080] 本发明实施例中光发射组件建立的监测信息如表3所示：
[0081] 表3 实施例中光发射组件的监测信息列表
[0082]
[0083]
[0084] 本发明实施中光接收组件建立的监测信息如表4所示：
[0085] 表4实施例中光接收组件的监测信息列表
[0086]
[0087]
[0088] 图4是本发明实施例中光发射组件的故障树，其对应的故障事件由表5给出。
[0089] 表5 光发射组件故障事件列表
[0090]
[0091] 图5是本发明实施例中光接收组件的故障树，其对应的故障事件由表6给出。
[0092] 表6光接收组件故障事例列表
[0093]
[0094] 根据图4建立的光发射组件故障树，表7给出了本发明实施例中对部分可量化监测点及对应监测信息，给出量化范围及故障范围。针对故障状态还给出了可能原因。
[0095] 表7光发射组件可量化监测信息（部分）及故障原因表
[0096]
[0097] 根据图5建立的光接收组件故障树，表8给出了本发明实施例中对部分可量化监测点及对应监测信息，给出量化范围及故障范围。针对故障状态还给出了可能原因。
[0098] 表8光接收组件可量化监测信息（部分）及故障原因表
[0099]
[0100] 根据图4和图5所述的光发射组件故障树和光接收组件故障树，从故障树Y节点到X节点再到T节点进行正向推导，由Y节点对应的监测点及对应监测信息，对Y节点的故障状态
进行判断；根据不同Y节点所属的树分支，正向推导至对应的X节点，并以故障树分支向上推
导至T节点，最终判断设备或组件的故障状态。
[0101] 本发明实施例中对于建立光传输设备的生命周期管理，包含从出厂、调试、上架及维护等工作的各时间节点出发，记录每个可更换模块的维修维护记录，并提供维护维修决
策建议。对于需要维修的模块进行模块化维修，对于需要更换的模块需对应替换。
[0102] 通过本发明实施例的描述可以看出，本发明提供的光传输设备的健康监测及故障诊断方法，能够根据快递、有效地获取设备的故障信息，并定位到设备的可更换模块，已实
现光传输设备的快速维修和更换，为数据接收系统的运行提供高效、安全的保障手段。
[0103] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、
等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
