光纖分布式測(cè)量中事件分析及算法研究.pdf

1、光纖分布式測(cè)量系統(tǒng)的原理是同時(shí)利用光纖作為檢測(cè)元件和傳輸信號(hào)介質(zhì)，探測(cè)出光纖沿線不同位置的應(yīng)力變化，以測(cè)量相應(yīng)物理量。光纖分布式測(cè)量系統(tǒng)以其抗電磁干擾、材質(zhì)輕便以及測(cè)試精度較高等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為光纖應(yīng)用的熱門議題。本文主要從兩個(gè)方面對(duì)光纖分布式測(cè)量進(jìn)行研究。其一，研究基于光時(shí)域反射的分布式測(cè)量技術(shù)中事件點(diǎn)的檢測(cè)、分析算法。其二，研究毫米波本振信號(hào)傳輸中光纖微小形變的檢測(cè)與校正方法。光時(shí)域反射技術(shù)是通過測(cè)量光纖對(duì)注入脈沖的回波信號(hào)(如：瑞利散

2、射、菲涅爾反射、拉曼散射、布里淵散射等)，來獲得光纖沿線物理量的分布特性，回波信號(hào)反映了光纖光纜沿線各位置上相應(yīng)物理量的變化，故稱為分布式測(cè)量。如通過測(cè)量后向瑞利散射可獲得光纖的損耗，通過測(cè)量后向拉曼散射可實(shí)現(xiàn)分布式溫度測(cè)量，通過測(cè)量布里淵散射可獲得光纖沿線的應(yīng)力分布等。論文以光時(shí)域反射計(jì)(OTDR)為例，通過對(duì)其回波信號(hào)曲線進(jìn)行建模，提出基于Gabor變換和二元信號(hào)檢測(cè)理論的事件分析的算法。該算法簡(jiǎn)單易行，對(duì)信號(hào)中噪聲具有較高的容納能

3、力，對(duì)于遠(yuǎn)距離事故點(diǎn)具有較高的識(shí)別能力。傳統(tǒng)的分布式測(cè)量信號(hào)的事件分析算法均基于指數(shù)函數(shù)模型，該模型存在對(duì)較遠(yuǎn)距離的故障點(diǎn)識(shí)別能力差等缺點(diǎn)，論文提出對(duì)回波信號(hào)曲線進(jìn)行線性建模以提高遠(yuǎn)距離事件的識(shí)別力，并充分分析線性模型中噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，建立噪聲模型。文章采用單邊指數(shù)窗的時(shí)頻分析方法(Gabor展開)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理，通過合理的選取展開時(shí)的參數(shù)，使算法具有較少的計(jì)算量和較好的事件分辨率。通過采用Gabor展開和二元信號(hào)檢測(cè)理論，對(duì)不同的

4、光纖鏈路進(jìn)行事件檢測(cè)處理，較準(zhǔn)確的定位了光纖鏈路事件的位置。該算法較傳統(tǒng)算法具有較強(qiáng)噪聲容納能力，提高了分析算法的效率，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。毫米波本振信號(hào)傳輸中光纖微小形變的檢測(cè)是光纖檢測(cè)中的另一應(yīng)用。光纖受到物理場(chǎng)的作用時(shí)，會(huì)導(dǎo)致傳輸其中的光信號(hào)的相位發(fā)生變化，對(duì)于相位穩(wěn)定性要求較高的本振信號(hào)傳輸，必須對(duì)信號(hào)的相位進(jìn)行校正。邁克爾遜干涉儀以其靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍大，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在微小擾動(dòng)檢測(cè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。文中提出了一種基

5、于邁克爾遜干涉的毫米波本振信號(hào)的相位穩(wěn)定傳送技術(shù)。在建立傳送系統(tǒng)的理論模型和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，說明了這一本振信號(hào)傳送方案的可行性。為了避免干涉儀中產(chǎn)生偏振衰落現(xiàn)象，文中采用兩種抗偏振衰落技術(shù)——在光纖末端加入法拉第旋光鏡以及在接收端采用偏振無(wú)關(guān)的平衡接收技術(shù)。兩種技術(shù)的采用有效避免了干涉儀中的偏振衰落現(xiàn)象。本振信號(hào)傳送方案中，將毫米波本振信號(hào)調(diào)制到光載頻上，載有本振信號(hào)的光載波通過一個(gè)長(zhǎng)臂的干涉系統(tǒng)，將傳輸中的相位變化信息反映在拍頻信號(hào)