本發(fā)明涉及光纖陀螺測量的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

偏振態(tài)是光纖陀螺測量的本質(zhì)對象，保偏光纖環(huán)可以很好的保證光在光纖環(huán)光路傳播中偏振態(tài)不發(fā)生變化，其作為光纖陀螺主要元器件之一，決定了光纖陀螺的極限精度。由于保偏光纖自身以及光纖環(huán)繞環(huán)工藝的缺陷，光纖環(huán)會產(chǎn)生偏振耦合點。當(dāng)在光纖環(huán)光路中傳播的光經(jīng)過偏振耦合點，就會產(chǎn)生耦合光，導(dǎo)致光偏振態(tài)發(fā)生變化，使得光纖陀螺產(chǎn)生誤差。因此，為了監(jiān)測和檢測光在光纖環(huán)光路中偏振態(tài)的變化，提高光纖陀螺精度，光纖環(huán)偏振串?dāng)_分布檢測技術(shù)得到發(fā)展。

光纖環(huán)偏振串?dāng)_分布研究日趨多樣化，其中光相干域偏光計是最為有效的手段。以該技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式光纖偏振串?dāng)_檢測設(shè)備可以測得光纖環(huán)每一點處的偏振串?dāng)_強度，在此偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以對光纖環(huán)以及其他相關(guān)的多個參數(shù)進行研究，如應(yīng)力、雙折射等。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對光纖環(huán)質(zhì)量的分析，偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)得到了充分使用，主要分為定性分析與量化分析。定性分析主要指，通過觀察偏振串?dāng)_曲線，尋找突變點，直觀得到應(yīng)力等其他因素對偏振串?dāng)_的影響，或者通過設(shè)定不同的閾值，根據(jù)大于偏振串?dāng)_強度閾值的點個數(shù)來實現(xiàn)對光纖環(huán)質(zhì)量好壞的定性。量化分析主要指，通過利用偏振串?dāng)_強度找到目標(biāo)物理量與其確切的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而實現(xiàn)對光纖環(huán)質(zhì)量好壞的量性判別。已有的量化分析方法有將偏振串?dāng)_信息轉(zhuǎn)化為瓊斯矩陣參數(shù)，實現(xiàn)偏振態(tài)檢測或者將偏振耦合點等效為其他模型，以便于檢測光偏振態(tài)變化。由于測試系統(tǒng)光源對偏振串?dāng)_測量的調(diào)制，偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)中包含了大量的無用以及誤差信息，在使用偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)前，很有必要進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，這有利于提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

因此，本發(fā)明設(shè)計出一種能有效去除光源調(diào)制，判別偏振耦合點位置，以及解算偏振串?dāng)_真實強度的數(shù)據(jù)預(yù)處理算法。保偏光纖環(huán)偏振串?dāng)_經(jīng)過該算法生成個體具有更合理的物理解釋，極大的避免了原始數(shù)據(jù)的信息混疊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：測試系統(tǒng)光源對偏振串?dāng)_測量有調(diào)制作用，偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)包含有大量無用、誤差信息，難以解算出偏振耦合點真實位置和偏振串?dāng)_真實強度。光纖環(huán)偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)是由圖2所示的光相干域偏光計測試系統(tǒng)所得，該系統(tǒng)由寬譜光源(bbs)、起偏器(p1)、待測保偏光纖環(huán)(pmfc)、檢偏器(p2)和讀出干涉儀(ri)組成。bs、p1、fc和p2組成典型的偏光干涉儀，ri為邁克爾遜干涉儀，由固定反射鏡(m)、掃描反射鏡(sm)和分光鏡(bs)組成，通過調(diào)節(jié)移動臂，補償pmf中雙折射引起的光路不平衡，得到干涉信號，解算出光纖環(huán)偏振串?dāng)_。光纖環(huán)并不是每一點都具有偏振串?dāng)_，在偏振耦合點的一個光纖環(huán)消偏長度內(nèi)，該偏振耦合點會對其周圍正常的光纖環(huán)偏振串?dāng)_測試產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致非偏振耦合點也具有偏振串?dāng)_測量值。當(dāng)光纖環(huán)一個消偏長度內(nèi)同時存在兩個偏振耦合點時，如圖3所示，兩偏振耦合點產(chǎn)生的耦合光b、c，都會對光纖環(huán)偏振串?dāng)_測量產(chǎn)生影響。當(dāng)連續(xù)偏振耦合點相鄰距離小于保偏光纖消偏長度的個數(shù)大于等于3時，如圖4所示的連續(xù)三個偏振耦合點，其三束相應(yīng)偏振耦合光都會對光纖環(huán)偏振串?dāng)_測量產(chǎn)生影響。

針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)處理方法，光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)由光相干域偏光計測得，數(shù)據(jù)處理步驟為：1)設(shè)置閾值去除光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)的背景噪聲值；2)基于測試寬譜光源相干長度對分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)進行耦合狀態(tài)劃分；3)基于建立的串?dāng)_干涉模型對不同耦合狀態(tài)數(shù)據(jù)解算真實偏振串?dāng)_強度；4)獲得與測試光源無關(guān)的光纖陀螺保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)。

其中，光纖陀螺保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)閾值為但不僅限于-75db。

其中，數(shù)據(jù)樣本劃分方法步驟為：1)篩選出光纖環(huán)偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)極大值點的強度與位置信息，定義極大值點為偏振耦合點；2)判斷連續(xù)偏振耦合點相鄰距離la小于保偏光纖消偏長度ld的個數(shù)x，由x將數(shù)據(jù)樣本劃分為不同耦合狀態(tài)。

其中，對不同耦合狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行真實偏振串?dāng)_強度解算，當(dāng)x＝1時，該耦合狀態(tài)部分的偏振耦合點的偏振串?dāng)_即為真實強度；當(dāng)x≥2時，要初始化強度解算函數(shù)，以實現(xiàn)相應(yīng)耦合狀態(tài)部分的偏振串?dāng)_真實強度解算。

其中，對各耦合狀態(tài)部分?jǐn)?shù)據(jù)按照位置信息以及相應(yīng)真實偏振串?dāng)_強度重新排列，形成與測試光源無關(guān)的光纖陀螺保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)。

本發(fā)明一種光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)處理方法的有益效果是：第一，本發(fā)明實現(xiàn)了偏振耦合點真實位置與強度的解算。第二，本發(fā)明形成與測試光源無關(guān)的光纖陀螺保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)。第三，為以偏振耦合點為模型的偏振串?dāng)_分析手段提供了合理數(shù)據(jù)處理方法。

附圖說明

圖1為光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)處理方法流程。

圖2為寬譜光偏光干涉原理。

圖3為雙偏振耦合點測試原理。

圖4為多偏振耦合點測試原理。

圖5為數(shù)據(jù)劃分流程。

圖6為光纖環(huán)偏振耦合點簡化模型。

圖7為保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_典型數(shù)據(jù)。

圖8為保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)特點。

圖9為雙偏振耦合點數(shù)據(jù)特點。

圖10為多偏振耦合點數(shù)據(jù)特點。

圖11為光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)處理前后對比。

圖中附圖標(biāo)記含義為：1為光纖，2為獨立偏振耦合點，3為2個連續(xù)偏振耦合點，4為n個連續(xù)偏振耦合點，5為b點偏振串?dāng)_測試，6為c點偏振串?dāng)_測試，7為xt-1點偏振串?dāng)_測試，8為xt點偏振串?dāng)_測試，9為xt+1點偏振串?dāng)_測試。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作進一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供一種光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)處理方法。該方法通過設(shè)置閾值去除測得的光纖環(huán)偏振串?dāng)_分布數(shù)據(jù)的背景噪聲，通過測試寬譜光源相干長度對偏振串?dāng)_分布數(shù)據(jù)進行耦合狀態(tài)劃分，以及通過建立的偏振串?dāng)_干涉模型對不同耦合狀態(tài)進行真實偏振串?dāng)_強度解算，從而生成更加優(yōu)化的偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)個體。

進一步的，所述通過設(shè)置閾值去除測得的光纖環(huán)偏振串?dāng)_分布數(shù)據(jù)的背景噪聲，由光相干域偏光計測得偏振串?dāng)_背景噪聲依照系統(tǒng)測量精度不同而不同，所以該閾值為但不僅限于-75db。

進一步的，所述對偏振串?dāng)_分布數(shù)據(jù)進行耦合狀態(tài)劃分：按照圖5所示流程實現(xiàn)該過程，1)篩選出光纖環(huán)偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)極大值點的強度與位置信息，定義極大值點為偏振耦合點；2)判斷連續(xù)相鄰偏振耦合點距離la小于保偏光纖消偏長度ld的個數(shù)x，由x將數(shù)據(jù)樣本劃分為不同部分。劃分判據(jù)為當(dāng)且僅當(dāng)一個偏振耦合點與前后相鄰偏振耦合點的距離都大于ld時，x＝1(2)；當(dāng)且僅當(dāng)2個相鄰偏振耦合點距離小于ld并且與除彼此之外的偏振耦合點距離大于ld時，x＝2(3)；當(dāng)且僅當(dāng)n個連續(xù)偏振耦合點相鄰距離小于ld并且首尾的偏振耦合點與外側(cè)偏振耦合點距離大于ld時，x＝n(4)。據(jù)此將數(shù)據(jù)樣本劃分為n個部分。

進一步的，基于建立的串?dāng)_干涉模型對不同耦合狀態(tài)進行真實偏振串?dāng)_強度解算：x＝1時，該數(shù)據(jù)劃分部分的偏振耦合點的偏振串?dāng)_即為真實強度；x＝2時，該數(shù)據(jù)劃分部分的偏振耦合點真實強度解算函數(shù)為：

其中，hb和hc分別為前后兩點b、c偏振串?dāng)_測量值，hb和hc分別為前后兩點b、c偏振串?dāng)_真實值(3)，db和dc分別為測量b點偏振串?dāng)_時，固定臂耦合光b、c與掃描臂光纖傳播主光a的光程差(5)，db′和dc′分別為測量c點偏振串?dāng)_時固定臂耦合光b、c與掃描臂光纖傳播主光a的光程差(6)。γ(d)為測試光源的相干函數(shù)，記光程差為δ，δc為γc(δ)的“半寬”，定義為：

x＝n時，該數(shù)據(jù)劃分部分的偏振耦合點真實強度解算函數(shù)為：

其中，和分別為n個偏振耦合點中相鄰的前中后3個偏振耦合點的偏振串?dāng)_測量值，和為前中后3個偏振耦合點的偏振串?dāng)_真實值，為測量前偏振耦合點偏振串?dāng)_時，邁克爾遜干涉系統(tǒng)固定臂中的中間點耦合光與掃描臂光纖傳播主光的光程差(7)，為測量中間偏振耦合點的偏振串?dāng)_時，邁克爾遜干涉系統(tǒng)固定臂中的中間點耦合光與掃描臂光纖傳播主光的光程差(8)。為測量后偏振耦合點的偏振串?dāng)_時，邁克爾遜干涉系統(tǒng)固定臂中的中間點耦合光與掃描臂光纖傳播主光的光程差(9)，2≤t≤n-1。當(dāng)t＝1或n時，以x＝2時的解算函數(shù)為處理方法。

進一步的，所述生成更加優(yōu)化的偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)個體，即對各劃分耦合狀態(tài)數(shù)據(jù)樣本按照位置信息以及相應(yīng)真實偏振串?dāng)_強度重新排列，形成與測試光源無關(guān)的光纖陀螺保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)。

使用的測試系統(tǒng)寬譜光源為中心波長1550nm激光器，該光源的去相干長度為48.2um。被測光纖環(huán)為熊貓型保偏光纖構(gòu)成，雙折射為0.000601，保偏光纖去相干長度ld為80.3mm。圖7為由該測試系統(tǒng)測量的典型保偏光纖環(huán)偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)，圖7(a)和(b)分別是對數(shù)坐標(biāo)與線性坐標(biāo)，其偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)特點，如圖8所示，光纖環(huán)并非每一點都是偏振耦合點，由于光源調(diào)制作用，所以在非偏振耦合點處，也有偏振串?dāng)_值。當(dāng)在保偏光纖消偏長度內(nèi)存在兩個偏振耦合點時，偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)特點如圖9所示，兩偏振耦合點的偏振串?dāng)_測量值互有影響。當(dāng)連續(xù)偏振耦合點相鄰距離小于ld的個數(shù)為n(n>＝3)時，偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)特點如圖10所示(n＝3)，三個偏振耦合點的偏振串?dāng)_測量值互有影響。利用光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)處理方法對該保偏光纖環(huán)偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)按照如下步驟進行處理：

s1：設(shè)置閾值為-75db，去除光纖環(huán)偏振串?dāng)_分布數(shù)據(jù)的背景噪聲。

s2：篩選出光纖環(huán)偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)極大值點的強度與位置信息，形成篩選數(shù)據(jù)。

s3：以保偏光纖去相干長度ld(80.3mm)為判據(jù)，按照耦合狀態(tài)劃分的方法對篩選數(shù)據(jù)進行耦合狀態(tài)劃分，耦合狀態(tài)劃分結(jié)果也即不同耦合狀態(tài)具有的偏振耦合點組數(shù)如圖11所示。

s4：按照偏振耦合強度解算方法，分別生成與x對應(yīng)的強度解算函數(shù)，對不同數(shù)據(jù)部分進行解算。

s5：對各劃分?jǐn)?shù)據(jù)樣本按照位置信息以及相應(yīng)真實偏振串?dāng)_強度重新排列，形成與測試光源無關(guān)的光纖陀螺保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)。

表1數(shù)據(jù)耦合狀態(tài)劃分結(jié)果

該保偏光纖環(huán)偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)共有933692個偏振串?dāng)_測試點，經(jīng)過處理后有22503個偏振耦合點，并且偏振串?dāng)_強度整體變小，圖11為通過光纖陀螺用保偏光纖環(huán)分布偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)處理方法后生成個體與偏振串?dāng)_測量數(shù)據(jù)的對比，為了便于觀察，采取了局部放大。該處理方法去除了無用信息，并實現(xiàn)了偏振串?dāng)_強度解算。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述的技術(shù)內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，且上述具體實施僅為本發(fā)明可行性實施方式的具體說明，并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技術(shù)思路所做的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。