非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法，構(gòu)建光頻域反射系統(tǒng)；通過基于輔助干涉儀的光源相位監(jiān)視系統(tǒng)的輸出信號A獲取相位變化信號A3，減去相位變化信號A3中的線性相位變化成分，得到非線性成分信號A4；通過倒譜信號A5中沖擊函數(shù)形成的尖峰的所在位置即對應(yīng)了延遲光纖時延大??；求解出光源的發(fā)射非線性相位，再將光源的發(fā)射非線性相位變換為復(fù)指數(shù)信號A6；將復(fù)指數(shù)信號A6的共軛進行菲涅爾變換得到信號A7，對主干涉儀輸出信號S進行希爾伯特變換得到復(fù)指數(shù)信號S1，通過信號A7和復(fù)指數(shù)信號S1獲取非線性補償后的光頻域反射信號S4。采用本方法后對反射點的空間分辨率提高187.5倍。
【專利說明】非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式光纖傳感儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在用于光纖通訊網(wǎng)絡(luò)及其器件測試以及應(yīng)力、溫度、擾動傳感等領(lǐng)域的光頻域反射方法(OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry)采用高相干激光器進行高速和線性波長掃描，利用參考臂上由法拉第反射鏡反射的光與單模光纖背向散射光(瑞利反射光)進行干涉。由于二者的光程不同，干涉端實際上是不同頻率的兩束光進行干涉，形成拍頻。通過探測不同的拍頻信號，就可以探測傳感光纖不同位置的背向散射信息。
[0003]光頻域反射方法的關(guān)鍵技術(shù)是需要光源提供較大的光頻掃描范圍，并且光頻在掃描過程中保持高速和線性特性。在光頻域反射方法中的信號處理通常需要將信號轉(zhuǎn)換到頻域，一般需要使用快速傅里葉算法(FFT, Fast Fourier transform)實現(xiàn),而FFT算法要求自變量進行等間隔采樣，由于光頻域反射儀的自變量不是時間而是光源的瞬時光頻率，如果激光器輸出光存在非線性調(diào)諧的寄生相位，在采用FFT算法處理時，由于自變量非等間隔采樣，會造成光頻域反射計的空間分辨率嚴重惡化。但是目前常見光源一定會存在有相位噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法，本發(fā)明消除了光源相位噪聲對光頻域反射方法影響，詳見下文描述:
[0005]一種非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法，所述方法包括以下步驟:
[0006]構(gòu)建光頻域反射系統(tǒng)，所述光頻域反射系統(tǒng)包括:可調(diào)諧激光器、I:99光分束器、調(diào)諧信號控制模塊、基于輔助干涉儀的光源相位監(jiān)測系統(tǒng)、主干涉儀系統(tǒng)和計算機；
[0007]所述基于輔助干涉儀的光源相位監(jiān)視系統(tǒng)輸出信號A，對所述信號A進行希爾伯特變換，對得到的復(fù)指數(shù)信號Al實部和虛部做正切運算，得到正切表達式A2，再進行反正切和相位展開運算得到相位變化信號A3 ;減去所述相位變化信號A3中的線性相位變化成分，得到非線性成分信號A4;
[0008]對所述非線性成分信號A4進行傅立葉變換得到功率譜函數(shù)，再對所述功率譜函數(shù)取對數(shù)，針對對數(shù)域信號進行逆傅立葉變換處理，得到倒譜信號A5，通過所述倒譜信號A5中沖擊函數(shù)形成的尖峰的所在位置即對應(yīng)了延遲光纖時延大小；
[0009]對所述非線性成分信號A4進行傅立葉變換獲取光源的發(fā)射非線性相位e (t)關(guān)于所述非線性成分信號A4和所述延遲光纖時延大小的表達關(guān)系，求解出光源的發(fā)射非線性相位，再將光源的發(fā)射非線性相位變換為復(fù)指數(shù)信號A6 ；
[0010]將復(fù)指數(shù)信號A6的共軛進行菲涅爾變換得到信號A7，對主干涉儀輸出信號S進行希爾伯特變換得到復(fù)指數(shù)信號SI，通過信號A7和復(fù)指數(shù)信號SI獲取非線性補償后的光頻域反射信號S4。
[0011 ] 所述光源的發(fā)射非線性相位e (t)關(guān)于所述非線性成分信號A4和所述延遲光纖時延大小的表達關(guān)系具體為:
【權(quán)利要求】
1.一種非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 構(gòu)建光頻域反射系統(tǒng)，所述光頻域反射系統(tǒng)包括:可調(diào)諧激光器、1:99光分束器、調(diào)諧信號控制模塊、基于輔助干涉儀的光源相位監(jiān)測系統(tǒng)、主干涉儀系統(tǒng)和計算機； 所述基于輔助干涉儀的光源相位監(jiān)視系統(tǒng)輸出信號A，對所述信號A進行希爾伯特變換，對得到的復(fù)指數(shù)信號Al實部和虛部做正切運算，得到正切表達式A2，再進行反正切和相位展開運算得到相位變化信號A3 ;減去所述相位變化信號A3中的線性相位變化成分，得到非線性成分信號A4 ； 對所述非線性成分信號A4進行傅立葉變換得到功率譜函數(shù)，再對所述功率譜函數(shù)取對數(shù)，針對對數(shù)域信號進行逆傅立葉變換處理，得到倒譜信號A5，通過所述倒譜信號A5中沖擊函數(shù)形成的尖峰的所在位置即對應(yīng)了延遲光纖時延大??； 對所述非線性成分信號A4進行傅立葉變換獲取光源的發(fā)射非線性相位e (t)關(guān)于所述非線性成分信號A4和所述延遲光纖時延大小的表達關(guān)系，求解出光源的發(fā)射非線性相位，再將光源的發(fā)射非線性相位變換為復(fù)指數(shù)信號A6 ； 將復(fù)指數(shù)信號A6的共軛進行菲涅爾變換得到信號A7，對主干涉儀輸出信號S進行希爾伯特變換得到復(fù)指數(shù)信號SI，通過信號A7和復(fù)指數(shù)信號SI獲取非線性補償后的光頻域反射信號S4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法，其特征在于，所述光源的發(fā)射非線性相位e (t)關(guān)于所述非線性成分信號A4和所述延遲光纖時延大小的表達關(guān)系具體為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非線性相位估計的長距離高分辨率光頻域反射解調(diào)方法，其特征在于，所述通過信號Α7和復(fù)指數(shù)信號SI獲取非線性補償后的光頻域反射信號S4的步驟具體為: 將復(fù)指數(shù)信號SI相乘復(fù)指數(shù)信號Α6，去掉光源發(fā)射非線性得到信號S2，對信號S2進行菲涅爾變換得到信號S3 ;將信號S3與信號Α7的共軛相乘即可得到非線性補償后的光頻域反射信號S4。
【文檔編號】H04B10/071GK104038281SQ201410280714
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】劉鐵根, 丁振揚, 杜陽, 劉琨, 江俊峰, 馮博文 申請人:天津大學(xué)