分布式光纖傳感技術(shù)已用于大型基礎(chǔ)設(shè)施、地質(zhì)災(zāi)害、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、地球物理探測等領(lǐng)域中,該研究具有重大的經(jīng)濟和科研價值,成為世界各國大力發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。其中,快速分布式光纖傳感技術(shù)成為主要研究熱點之一,并取得了一系列的重要研究進展。然而快速分布式傳感研究仍存在諸多急需攻克的難題,如系統(tǒng)采樣率較低和數(shù)據(jù)存儲空間較大,并且在長距離快速、單端快速和高靈敏度快速測量等領(lǐng)域仍需有效的解決方案。本論文以光學捷變頻技術(shù)為核心,開展了高性能快速分布式光纖傳感研究工作,主要研究內(nèi)容如下:在快速布里淵光時域分析(BOTDA)測量領(lǐng)域,針對系統(tǒng)采樣率較低和存儲空間較大的問題,本論文提出基于壓縮感知技術(shù)的傳感方法,實現(xiàn)布里淵增益譜壓縮采樣。該方案采用主成分分析算法構(gòu)造變換域字典,使得布里淵增益譜在變換域投影后具有稀疏性。相比于傳統(tǒng)4MHz步長的均勻譜采樣,所提出的方案只利用傳統(tǒng)方案30%的頻率個數(shù)即可恢復(fù)布里淵增益譜,將系統(tǒng)采樣率提高3.3倍,并且直接在采集過程中壓縮數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲空間減少70%極大緩解系統(tǒng)硬件壓力。在長距離BOTDA測量領(lǐng)域,針對系統(tǒng)測量時間較長的問題,本論文提出采用基于光學啁啾鏈調(diào)制和布里淵衰減...

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-7單脈沖和511位Simplex編碼BOTDA系統(tǒng)時域信號[55]

且BOTDA系統(tǒng)的空間分辨率仍由單脈沖寬度（碼寬）決定。根據(jù)碼長的時間可分為兩類，歸零碼和非歸零碼，而在BOTDA系統(tǒng)測量中歸零碼是一種更好的選擇，碼長所占的時間遠大于聲子壽命（10ns），保證之后的脈沖測量信號不會受到上一個脈沖的影響[54]。2010年，Soto等人首次將脈沖....

圖1-8基于雙向拉曼放大技術(shù)的BOTDA系統(tǒng)實驗裝置[66]

ィ?枰?環(huán)糯蟮男藕毆ぷ髟?EDFA的線性放大工作區(qū)域，限制了信噪比的進一步提高。單獨的預(yù)放大和中繼放大無法取得較好的效果，需要與其它技術(shù)（如：編碼和頻分復(fù)用）相結(jié)合才能夠?qū)崿F(xiàn)長距離布里淵光纖傳感。而拉曼放大技術(shù)與EDFA相比,具有更低的噪聲指數(shù)和更平坦的增益,在光纖通信和光纖傳感....

圖1-9長距離BOTDA系統(tǒng)中非局域效應(yīng)示意圖[50]

糯蠹際蹩梢雜?脈沖編碼技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)性能的進一步提升，傳感距離增加到120km，并達到1m空間分辨率和1.3℃測量精度達[69]。布里淵放大技術(shù)通過布里淵衰減譜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)[46,70]，高頻的探測光將能量轉(zhuǎn)移給低頻的泵浦脈沖光，補償泵浦光傳輸損耗，提高信號信噪比。布里淵放大技術(shù)也....

圖1-12基于寬帶頻率調(diào)制的脈沖放大方案[73]

[73-75]，泵浦脈沖光與一頻率周期性頻率調(diào)制的探測光相互作用，不僅避免非局域效應(yīng)并能夠補償脈沖光的傳輸損耗。2015年，周期頻率調(diào)制方案首次用于雙邊帶長距離BOTDA系統(tǒng)[49]，寬頻譜探測光主要帶來兩個好處，1）更高的布里淵閾值，能夠有效提高探測光輸入功率；2）平坦的SBS....

本文編號：3978635