1，禪合器7的第二輸入端72與Ξ端口環(huán)形器3的第Ξ端口 33連 接，禪合器7的第一輸出端73和第二輸出端74分別與平衡探測器8的第一輸入端口 81和第二 輸入端口 82連接，平衡探測器8的輸出端口與數(shù)據(jù)采集卡9的輸入端連接。
[0033] -種提高分布式光纖布里淵傳感器信號信噪比的方法，激光器1發(fā)出連續(xù)光，它是 輸出功率40mw、線寬4KHZ、單線偏振的光纖激光器。連續(xù)光經(jīng)過禪合器2,部分進(jìn)入聲光調(diào)制 器3內(nèi)。
[0034] 信號發(fā)生模塊10產(chǎn)生雙正交碼的電脈沖信號驅(qū)動聲光調(diào)制器3的驅(qū)動模塊11，驅(qū) 動模塊11將接收到的雙正交碼的電脈沖信號進(jìn)行編碼得到雙正交碼編碼的電脈沖序列，控 制聲光調(diào)制器3將輸入的連續(xù)光調(diào)制成與雙正交碼編碼的電脈沖序列寬度對應(yīng)的雙正交碼 編碼的光脈沖，將雙正交碼編碼的光脈沖通過Ξ端口環(huán)形器4注入到長距離的分布式光纖 布里淵傳感器的傳感光纖5中，后向散射的自發(fā)布里淵散射光反向經(jīng)Ξ端口環(huán)形器4的第Ξ 端口 43輸出至禪合器7內(nèi)，光纖禪合器2的第二輸出端輸出的連續(xù)光經(jīng)本地振蕩器6后，傳輸 至禪合器7內(nèi)與后向散射的自發(fā)布里淵散射光進(jìn)行干設(shè)，干設(shè)后由平衡探測器8探測自發(fā)布 里淵散射光信號，并由數(shù)據(jù)采集卡9采集自發(fā)布里淵散射信號，并對自發(fā)布里淵散射信號進(jìn) 行解碼分析。
[0035] 后向散射的自發(fā)布里淵散射光的軌跡為ri(t)，
[0036] 即
[0037] 其中，Bm為高階雙正交碼矩陣；Wi(t)、C〇2(t)、……、ω 2m(t)為傳感光纖散射后得 到的理想的不包含噪聲的布里淵散射信號軌跡;ei(t)、e2(t)、……、e2m(t)表示布里淵散射 信號中包含的噪聲。
[003引對ri(t)進(jìn)行解碼分析，具體如下：1)、構(gòu)造雙正交碼矩陣Bm的廣義逆矩陣Bm+，Bm+ = (BmTBmrlBmT，其中T表示轉(zhuǎn)置/'-Γ代表逆矩陣。
[0039] 2)、將ri(t)對應(yīng)的矩陣與廣義逆矩陣Bm+相乘。
[0040] 3)、對步驟2)相乘得到的矩陣的每行進(jìn)行移位疊加平均。
[0041] 具體如下:①移位，第1行不動，第2行向前移動一位，第3行向前移動兩位，第2m行 向前移動(2m-l)位，得到新矩陣；
[0042] ②疊加平均，將新矩陣第一行中每一位所對應(yīng)的列的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)疊加并求平 均，得到最終的自發(fā)布里淵散射信號軌跡(t)。
[0043] 4)、信噪比分析。m位雙正交碼編碼的自發(fā)布里淵散射信號對應(yīng)有2m個散射軌跡， 為了進(jìn)行公平的比較，我們和2m次單脈沖平均的信噪比進(jìn)行了比較。假設(shè)采用單脈沖時的 系統(tǒng)均方差為σ2,那么進(jìn)行2m次單脈沖平均時系統(tǒng)的均方差為〇V2m，雙正交碼編碼后的系 統(tǒng)均方差戈
[0044] 那么，和單脈沖相比，m位雙正交碼所對應(yīng)的碼增益為：
[0045]
[0046] 其中，m代表編碼位數(shù)或者碼長。
[0047] 本發(fā)明基本原理如下：
[004引雙正交碼是一種來源于化rdamard矩陣的線性碼，是一個2m X m矩陣，其中m表示編 碼位數(shù)，該編碼矩陣包含2m個碼字。其構(gòu)成過程如下；
高 階雙正交巧
[0049] 假設(shè)Qi(t)為單脈沖Pi(t)經(jīng)自發(fā)布里淵傳感系統(tǒng)中傳感光纖散射后得到的理想 的不包含噪聲的布里淵散射信號軌跡，同時定義經(jīng)過一定的時間延遲τ后輸出新的脈沖P2 (t)=Pi(t-T)、P3(t)=Pi(t-2T)、……，其中τ為單脈沖光Pi(t)的寬度，那么得到對應(yīng)的自 發(fā)布里淵散射信號理想的軌跡為W2(t)=Wi(t-T)、C〇3(t)=Wi(t-2T)、……。將雙正交碼 應(yīng)用于自發(fā)布里淵光纖傳感系統(tǒng)中，則實際上在光纖的入射端輸出的后向布里淵散射信號 的軌跡為ru(t)、ri2(t)、......、ri2m(t)，即
[0050]
豐中ei(t)、e2(t)、……、e2m(t)表示布里淵散射信 號中包含的噪聲。
[0051] 本發(fā)明對利用雙正交碼編碼技術(shù)的自發(fā)布里淵散射傳感系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真，驗證 本發(fā)明的方法對信噪比提高效果。數(shù)值仿真的基本思想如下:將一段光纖η等分(例如2000 段），每一段相當(dāng)于一個微元，該微元長度和單個脈沖寬度對應(yīng)的光纖長度一致(若光脈沖 的寬度是l(K)ns，那么此脈沖對應(yīng)的微元寬度是10m，也就是說，整段光纖長度是20Km)。該微 元對于入射光有相應(yīng)的散射(布里淵散射系數(shù)gB，該值受到光纖路徑上噪聲的影響）和有衰 減的透射(衰減系數(shù)α = 〇.02地/Km，透射系數(shù)To),那么第η段光纖微元在整個光纖入射端對 應(yīng)的光強表達(dá)式為I = geXT2Xe邱(-2αη)，此處的透射系數(shù)Τ和光纖在該段光纖W及之前的 (η-1)段光纖的散射系數(shù)1-g細(xì)關(guān)，即T=(l-gB)nT〇n;每段光纖對應(yīng)的衰減系數(shù)可W到探測 端整體考慮。
[0052] 假設(shè)在第100~105段微元處由于外界溫度或應(yīng)力的變化使得散射系數(shù)增加為（1+ X)，其中X表示外界溫度和應(yīng)帶來的自發(fā)布里淵散射系數(shù)的變化，那么光纖入射端的該段微 元的散射光強表達(dá)式就和外界的影響因素有關(guān)。另外在檢測端口，需要加上探測器噪聲。
[0053] 為了表達(dá)信噪比增加的效果，假設(shè)幅度的變化為50%，且在第100到105段光纖微 元之間產(chǎn)生。
[0054] 雙正交碼編碼方法和多脈沖平均方法關(guān)于信噪比的對比如圖1所示。從圖1中可W 看出，對于128位雙正交碼編碼方法來說，比256次單脈沖平均方法的信噪比增加約20地。
[0055] 由于信噪比增益比較的是相同脈沖軌跡，所W對比分析了 32位雙正交碼編碼的自 發(fā)布里淵散射信號軌跡和64次單脈沖平均自發(fā)布里淵散射信號軌跡，如圖2所示。
[0056] 64位雙正交碼編碼的自發(fā)布里淵散射信號軌跡和128次單脈沖平均自發(fā)布里淵散 射信號軌跡，如圖5所示。
[0057] 從圖2和圖5中可看出，采用雙正交碼編碼方法具有明顯提高信噪比的效果。
[0058] 為了觀察方便，本發(fā)明比較分析了 32位雙正交碼解碼的自發(fā)布里淵散射信號功率 譜和64次單脈沖平均自發(fā)布里淵散射信號功率譜，如圖3所示，與之對應(yīng)的信噪比分析如圖 4所示。從圖4中可W看出，雙正交碼編碼方法較單脈沖平均方法的信噪比提高大約3.6地。
[0059] 本發(fā)明中，只需要對注入長距離傳感光纖中的光脈沖進(jìn)行雙正交編碼，將其由傳 統(tǒng)的單脈沖變?yōu)榫幋a序列脈沖，后向的布里淵散射信號的信噪比就會增加。
【主權(quán)項】
1. 一種提高分布式光纖布里淵傳感器信號信噪比的方法，其特征在于:信號發(fā)生模塊 (10)產(chǎn)生雙正交碼的電脈沖信號驅(qū)動聲光調(diào)制器(3)的驅(qū)動模塊（11)，驅(qū)動模塊（11)將接 收到的雙正交碼的電脈沖信號進(jìn)行編碼得到雙正交碼編碼的電脈沖序列，控制聲光調(diào)制器 (3)將輸入的連續(xù)光調(diào)制成與雙正交碼編碼的電脈沖序列寬度對應(yīng)的雙正交碼編碼的光脈 沖，將雙正交碼編碼的光脈沖注入到長距離的分布式光纖布里淵傳感器的傳感光纖(5)中， 實現(xiàn)后向自發(fā)布里淵散射信號信噪比的增加。2. -種提高分布式光纖布里淵傳感器信號信噪比的裝置，其特征在于：包括激光器 (1 )，激光器（1)的輸出端與光纖親合器(2)的輸入端(21)連接，光纖親合器(2)的第一輸出 端(22)與聲光調(diào)制器(3)的輸入端連接，聲光調(diào)制器(3)的輸出端與三端口環(huán)形器(4)的第 一端口（41)連接，三端口環(huán)形器(4)的第二端口（42)與傳感光纖(5)相連;聲光調(diào)制器(3)的 控制端與聲光調(diào)制器的驅(qū)動模塊（11)的輸出端連接，聲光調(diào)制器的驅(qū)動模塊（11)的輸入端 與信號發(fā)生模塊(1 〇)的輸出端連接;光纖親合器(2)的第二輸出端(23)與本地振蕩器(6)的 輸入端連接，本地振蕩器(6)的輸出端與親合器(7)的第一輸入端(71 )，親合器(7)的第二輸 入端(72)與三端口環(huán)形器(3)的第三端口（33)連接，耦合器(7)的第一輸出端(73)和第二輸 出端(74)分別與平衡探測器(8)的第一輸入端口（81)和第二輸入端口（82)連接，平衡探測 器(8)的輸出端口與數(shù)據(jù)采集卡(9)的輸入端連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高分布式光纖布里淵傳感器信號信噪比的裝置，其特征在 于:在耦合器(7)中進(jìn)行本地光與長距離傳感光纖的后向散射的自發(fā)布里淵散射光進(jìn)行干 涉，平衡探測器(8)從干涉光中探測出布里淵散射光，數(shù)據(jù)采集卡(9)從平衡探測器(8)中采 集自發(fā)布里淵散射信號，并將自發(fā)布里淵散射信號進(jìn)行解碼分析。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高分布式光纖布里淵傳感器信號信噪比的裝置，其特征在 f . 0?沈β白撕射的白鉿允田、》1撕射1的鈾4亦*_其中，Bm為高階雙正交碼矩陣；ωια)、ω2α)、……、co 2m(t)為傳感光纖散射后得到的 理想的不包含噪聲的布里淵散射信號軌跡;ei(t)、e2(t)、......、e2m(t)表不布里淵散射信號中 包含的噪聲； 對n(t)進(jìn)行解碼分析，具體如下：1)、構(gòu)造雙正交碼矩陣Bm的廣義逆矩陣Bm+，B m+ = (ΒΛωητ，其中T表示轉(zhuǎn)置，"-Γ代表逆矩陣； 2) 、將n(t)對應(yīng)的矩陣與廣義逆矩陣Bm+相乘； 3) 、對步驟2)相乘得到的矩陣的每行進(jìn)行移位疊加平均； 具體如下:①移位，第1行不動，第2行向前移動一位，第3行向前移動兩位，第2m行向前 移動(2m-l)位，得到新矩陣； ②疊加平均，將新矩陣第一行中每一位所對應(yīng)的列的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)疊加并求平均，得 到最終的自發(fā)布里淵散射信號軌跡V (t); 4) 、信噪比分析。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高分布式光纖布里淵傳感器信號信噪比的方法和裝置，信號發(fā)生模塊產(chǎn)生雙正交碼的電脈沖信號驅(qū)動聲光調(diào)制器的驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊將接收到的雙正交碼的電脈沖信號進(jìn)行編碼得到雙正交碼編碼的電脈沖序列，控制聲光調(diào)制器將輸入的連續(xù)光調(diào)制成與雙正交碼編碼的電脈沖序列寬度對應(yīng)的雙正交碼編碼的光脈沖，將雙正交碼編碼的光脈沖注入到長距離的分布式光纖布里淵傳感器的傳感光纖中，實現(xiàn)后向自發(fā)布里淵散射信號信噪比的增加。本發(fā)明的方法只需要改變信號發(fā)生模塊輸出的電信號，將單脈沖改變?yōu)殡p正交編碼脈沖序列，即可提高分布式光纖布里淵傳感器的信噪比，實施簡單。
【IPC分類】G01D5/353
【公開號】CN105628067
【申請?zhí)枴緾N201610072189
【發(fā)明人】郝蘊琦
【申請人】鄭州輕工業(yè)學(xué)院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月2日