雙Mach-Zehnder光纖干涉信號的數字解調及其應用.pdf

1、雙MachZehnder光纖干涉信號的數字解調光纖干涉信號的數字解調及其應用及其應用InterferenceSignal’sDigitalDemodulationApplicationfDualMachZehnderOpticFiberInterferometer學科專業(yè)：儀器科學與技術研究生：劉芳指導教師：曾周末教授天津大學精密儀器與光電子工程學院二零一三年十二月中文中文摘要摘要長輸油管道是最重要的油氣能源運輸手段，隨著我國經濟的快速

2、發(fā)展，油氣資源的需求不斷增長，管道里程數也不斷增加，使管道安全預警和泄漏檢測技術成為研究熱點。對管道外部入侵和泄漏事件進行及時檢測和精確定位，具有重要的社會意義和經濟價值。本課題組研究開發(fā)的基于雙路MachZenhder干涉儀結構的分布式光纖傳感系統(tǒng)，能對威脅長輸油管道安全的第三方破壞事件進行報警、識別和定位，已經在多處管道上投入實際應用。在現場實驗中，檢測信號的相關性隨機變化，使基于互相關運算的定位出現誤差，嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。本

3、文對信號相關性惡化的原因進行了研究，在此基礎上提出一種基于33耦合器被動解調的方法，本文的主要研究內容包括以下幾個方面：(1)分析了光纖中光信號調制的原理，利用系統(tǒng)的瓊斯矩陣模型，說明了偏振誘導相位偏移和偏振誘導信號衰落發(fā)生的原因；根據33耦合器的特性，建立33耦合器輸出信號的數學模型，針對干涉型光纖傳感器的正弦調制倍頻現象，闡明了利用33耦合器進行相位信號解調的原理。(2)對系統(tǒng)原有的光路結構加以改進，加入兩個33耦合器，并提出一種基

4、于橢圓擬合的被動數字化解調方法。利用33耦合器的2路輸出信號構成橢圓曲線，對信號系數進行約束條件下的最小二乘擬合，采取投票機制選取最優(yōu)擬合結果，得到相位信號的正余弦調制項，再采用數字反正切法或微分交叉相乘法解調出相位信號，并利用單諧信號仿真驗證了橢圓擬合解調方案的有效性。(3)從整體上給出了33耦合器數字化解調方法的流程。利用現場實驗數據對解調方案加以驗證，并將解調后的相位信號用于定位，結果表明該解調方法可有效消除信號畸變干擾系統(tǒng)定位的