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【摘要】光纤通信具有传输频带宽、损耗低、不易受电磁干扰等优点，在现代通信工业中得到广泛应用。水下机器人ROV（Remotely Operated Vehicle）在水下作业过程中，水下潜器和水面控制系统之间需要实时传输视频信号、声纳信号以及控制信号等，而光纤是最为常见的传输介质。本文从考察光纤通信系统的特点出发，系统介绍光纤通信在ROV系统中的应用，并对ROV光纤通信系统的常见故障进行分析研究，指出了通用的故障诊断和处理方法。【关键词】ROV 光纤通信 故障诊断
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。
1.1 基本构成
光纤通信系统的主要组成部分（如图1）：光发送部分：光源、驱动器和调制器光传输部分：光纤和光纤放大器（或中继器）
光接收部分：光电检测器图1？点到点光纤通信结构（单向传输）1.2 主要性能指标1.2.1？误码性能
平均误码率BER：在某一规定的观测时间内（如24小时）发生差错的比特数和传输比特总数之比。
误码秒、严重误码秒：误码秒（ES）是指BER≠0的秒数；严重误码秒（SES）是指BER劣于10-3的秒数。
1.2.2？定时性能
抖动：数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻）相对于其理想时间未知的短期的、非累计的偏离。（前后变化的频率大于10Hz）
漂移：数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间未知的长时间漂移。（前后变化的频率低于10Hz）
2 ROV光纤通信在ROV系统的应用2.1 光纤通信系统在ROV系统中的作用
ROV下水作业时，需要将水面控制信号传输至水下潜器、同时要将水下摄像头视频信号、声纳信号、传感器数据等传至水面。在光纤通信技术较为落后的阶段，双绞线常被用于信号传输。由于双绞线衰减较大，ROV脐带缆长度受到限制，且传输带宽有限，随着ROV作业深度越来越深，以及水下摄像头和声纳对传输带宽要求较高，双绞线逐渐无法满足ROV的发展需要。
光纤技术以及ROV脐带缆集成工艺的发展，使光纤通信用于ROV系统成为现实。目前，光纤基本已在ROV行业普及，部分ROV系统利用光纤传输对带宽要求较高的视频信号和声纳信号，而控制信号用双绞线传输；部分ROV所有信号均利用光纤传输，双绞线逐步淡出ROV信号传输领域。2.2 ROV光纤通信系统的构成
ROV光纤通信系统从水面光端机开始至水下光端机，主要包含以下几部分：
2.3 ROV光纤系统的特点2.3.1？系统易受损
由于ROV需要在海上作业，设备经常拆卸动复员，其光纤系统也需要拆卸和重新组装，包括绞车静箱、水下终端箱等连接处需要重复拆卸和安装；ROV下水作业，脐带缆经常处于运动状态；终端箱、水下光端机均在水下工作。
基于以上原因，ROV光纤系统容易受损。所以对于光纤系统的保护措施尤为重要，如：脐带缆内的光纤用钢管保护，防止折坏；水下光端机位于半真空电子舱内，水下终端箱有补偿器平衡水压；拆卸后脐带缆、甲板缆接头采取必要的保护措施。2.3.2？甲板缆和绞车脐带缆需动态连接
ROV水下作业、回收释放过程中，光纤需要通过转动的绞车，滑环用于动态连接甲板缆和绞车脐带。
2.3.3？对稳定性要求高
ROV下水作业，需要实时传输控制信号、声纳信号、视频信号，所以ROV系统对信号传输的稳定性要求较高。为了提高通信的稳定性以及防止光纤出现故障，ROV脐带缆内均配有3根以上单模光纤用于信号传输，作业时仅适用1根，另外2跟作为备用。部分ROV系统，多光纤通道同时使用，光端机会选择信号较好的光纤作为传输通道，以提高信号传输的稳定性。
3 ROV光纤故障的诊断及处理
ROV光纤出现故障，会导致整个系统无法工作，特别是ROV在水下作业时会直接导致ROV在水下失控，后果非常严重。所以，ROV光纤故障的诊断和处理尤为重要。
3.1 常见故障
3.1.1？光纤机械损伤
包括光纤接头、光纤受到外力破坏，导致系统无法通信。这类故障多发生在设备拆卸安装过程中或ROV收放过程中，由于设备使用者操作不当或对光纤头保护措施不当引起。常见的损伤包括：接头损坏、光纤断裂、脐带缆弯曲半径过小引起光纤损坏等。
3.1.2？信号丢失或通信质量差
在未出现机械损伤的情况下，ROV控制室和水下潜器之间无法实现通信、或者通信质量差。光纤出现这类故障的原因较多，诊断方法也较为复杂。3.2 故障处理和诊断
光纤出现机械损伤时，较易判断，处理方法也相对容易。光纤头损坏则直接重新制作光纤头，若光纤出现损坏，则先切除坏点
以后的脐带缆，然后再重新制作光纤头。
对于信号丢失或通信质量差这类故障，一般诊断方法如下：
（1）检查所有光纤连接头及脐带缆外管，排除机械损伤引起通信中断；
（2）检查绞车静箱、动箱、水下终端箱不同光纤间接线位置是否一致，ROV脐带缆内不同光纤用不同颜色标记，相同颜色的光纤连接在同一个通道才能形成通路；
（3）分段测量各段光纤通信质量，一般有2种方法测试：
①用光纤测试仪分段测量各段或多段光纤通信质量，图6为常见的光纤测试仪，这种测试仪成对使用，将待测光纤两端分别接入光纤测试仪，一端测试仪发射信号，另外一端測试仪接收信号。一般情况下，单段光纤测试结果10dB以内为可接受范围；（2个光纤测试仪需将测试波长调为一致，长时间未使用的测试仪需用标准测试光纤校准）
②用测试光纤短接怀疑出现故障的光纤段（测试光纤使用之前先用测试仪测试），然后用ROV控制室诊断软件判断其通信质量，此软件可在ROV下水作业时使用，用于实时判断光纤系统工作状况；
目前，深水和超深水海域的油气资源正成为美国、英国、挪威、巴西等国竞相开发的热点。而随着我国南海深水油田的不断涌现，深海石油开发技术的不断进步，ROV在海洋工程中应用越来越广泛。
光纤作为ROV水面控制系统和水下潜器之间的链接纽带，实现了水面对水下潜器的远程遥控。而ROV光纤通信系统不同于普通光纤通信系统，其工作环境较为恶劣，而且需要重复拆卸，使得其出现故障的概率大大增加。加之光纤系统故障对于海上作业的ROV而言，其威胁相当大，这使得对ROV光纤通信的研究尤为重要。
参考文献
[1] 邓大鹏.光纤通信原理[M]. 人民邮电出版社，2004
作者简介
张永祥，男，1980年生，本科，工程师，主要从事ROV团队管理工作。
张晓，男，1984年生，本科，助理工程师，主要从事ROV一线作业、技术研究工作。
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。
1.1 基本构成
光纤通信系统的主要组成部分（如图1）：光发送部分：光源、驱动器和调制器光传输部分：光纤和光纤放大器（或中继器）
光接收部分：光电检测器图1？点到点光纤通信结构（单向传输）1.2 主要性能指标1.2.1？误码性能
平均误码率BER：在某一规定的观测时间内（如24小时）发生差错的比特数和传输比特总数之比。
误码秒、严重误码秒：误码秒（ES）是指BER≠0的秒数；严重误码秒（SES）是指BER劣于10-3的秒数。
1.2.2？定时性能
抖动：数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻）相对于其理想时间未知的短期的、非累计的偏离。（前后变化的频率大于10Hz）
漂移：数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间未知的长时间漂移。（前后变化的频率低于10Hz）
2 ROV光纤通信在ROV系统的应用2.1 光纤通信系统在ROV系统中的作用
ROV下水作业时，需要将水面控制信号传输至水下潜器、同时要将水下摄像头视频信号、声纳信号、传感器数据等传至水面。在光纤通信技术较为落后的阶段，双绞线常被用于信号传输。由于双绞线衰减较大，ROV脐带缆长度受到限制，且传输带宽有限，随着ROV作业深度越来越深，以及水下摄像头和声纳对传输带宽要求较高，双绞线逐渐无法满足ROV的发展需要。
光纤技术以及ROV脐带缆集成工艺的发展，使光纤通信用于ROV系统成为现实。目前，光纤基本已在ROV行业普及，部分ROV系统利用光纤传输对带宽要求较高的视频信号和声纳信号，而控制信号用双绞线传输；部分ROV所有信号均利用光纤传输，双绞线逐步淡出ROV信号传输领域。2.2 ROV光纤通信系统的构成
ROV光纤通信系统从水面光端机开始至水下光端机，主要包含以下几部分：
2.3 ROV光纤系统的特点2.3.1？系统易受损
由于ROV需要在海上作业，设备经常拆卸动复员，其光纤系统也需要拆卸和重新组装，包括绞车静箱、水下终端箱等连接处需要重复拆卸和安装；ROV下水作业，脐带缆经常处于运动状态；终端箱、水下光端机均在水下工作。
基于以上原因，ROV光纤系统容易受损。所以对于光纤系统的保护措施尤为重要，如：脐带缆内的光纤用钢管保护，防止折坏；水下光端机位于半真空电子舱内，水下终端箱有补偿器平衡水压；拆卸后脐带缆、甲板缆接头采取必要的保护措施。2.3.2？甲板缆和绞车脐带缆需动态连接
ROV水下作业、回收释放过程中，光纤需要通过转动的绞车，滑环用于动态连接甲板缆和绞车脐带。
2.3.3？对稳定性要求高
ROV下水作业，需要实时传输控制信号、声纳信号、视频信号，所以ROV系统对信号传输的稳定性要求较高。为了提高通信的稳定性以及防止光纤出现故障，ROV脐带缆内均配有3根以上单模光纤用于信号传输，作业时仅适用1根，另外2跟作为备用。部分ROV系统，多光纤通道同时使用，光端机会选择信号较好的光纤作为传输通道，以提高信号传输的稳定性。
3 ROV光纤故障的诊断及处理
ROV光纤出现故障，会导致整个系统无法工作，特别是ROV在水下作业时会直接导致ROV在水下失控，后果非常严重。所以，ROV光纤故障的诊断和处理尤为重要。
3.1 常见故障
3.1.1？光纤机械损伤
包括光纤接头、光纤受到外力破坏，导致系统无法通信。这类故障多发生在设备拆卸安装过程中或ROV收放过程中，由于设备使用者操作不当或对光纤头保护措施不当引起。常见的损伤包括：接头损坏、光纤断裂、脐带缆弯曲半径过小引起光纤损坏等。
3.1.2？信号丢失或通信质量差
在未出现机械损伤的情况下，ROV控制室和水下潜器之间无法实现通信、或者通信质量差。光纤出现这类故障的原因较多，诊断方法也较为复杂。3.2 故障处理和诊断
光纤出现机械损伤时，较易判断，处理方法也相对容易。光纤头损坏则直接重新制作光纤头，若光纤出现损坏，则先切除坏点
以后的脐带缆，然后再重新制作光纤头。
对于信号丢失或通信质量差这类故障，一般诊断方法如下：
（1）检查所有光纤连接头及脐带缆外管，排除机械损伤引起通信中断；
（2）检查绞车静箱、动箱、水下终端箱不同光纤间接线位置是否一致，ROV脐带缆内不同光纤用不同颜色标记，相同颜色的光纤连接在同一个通道才能形成通路；
（3）分段测量各段光纤通信质量，一般有2种方法测试：
①用光纤测试仪分段测量各段或多段光纤通信质量，图6为常见的光纤测试仪，这种测试仪成对使用，将待测光纤两端分别接入光纤测试仪，一端测试仪发射信号，另外一端測试仪接收信号。一般情况下，单段光纤测试结果10dB以内为可接受范围；（2个光纤测试仪需将测试波长调为一致，长时间未使用的测试仪需用标准测试光纤校准）
②用测试光纤短接怀疑出现故障的光纤段（测试光纤使用之前先用测试仪测试），然后用ROV控制室诊断软件判断其通信质量，此软件可在ROV下水作业时使用，用于实时判断光纤系统工作状况；
目前，深水和超深水海域的油气资源正成为美国、英国、挪威、巴西等国竞相开发的热点。而随着我国南海深水油田的不断涌现，深海石油开发技术的不断进步，ROV在海洋工程中应用越来越广泛。
光纤作为ROV水面控制系统和水下潜器之间的链接纽带，实现了水面对水下潜器的远程遥控。而ROV光纤通信系统不同于普通光纤通信系统，其工作环境较为恶劣，而且需要重复拆卸，使得其出现故障的概率大大增加。加之光纤系统故障对于海上作业的ROV而言，其威胁相当大，这使得对ROV光纤通信的研究尤为重要。
参考文献
[1] 邓大鹏.光纤通信原理[M]. 人民邮电出版社，2004
作者简介
张永祥，男，1980年生，本科，工程师，主要从事ROV团队管理工作。
张晓，男，1984年生，本科，助理工程师，主要从事ROV一线作业、技术研究工作。