[发明专利]光纤传感远程解调系统噪声分离方法

说明书

本发明公开了一种光纤传感远程解调系统噪声分离方法。在远程传输模块最大可传输光功率范围内，选取一组远程传输模块的输入光功率序列；对此序列中的每一个远程传输模块输入光功率值，解调计算此时的系统相位噪声功率谱密度，获得目标频率范围内的噪声功率谱密度均值；根据不同类型噪声的功率谱密度与远程传输模块输入光功率值的函数关系，通过最小二乘拟合方法得到不同类型噪声分量的贡献，实现不同类型噪声源的分离。该方法实现了光纤传感远程解调系统的ASE噪声和DRS噪声两种系统噪声源的分离，提供了准确定位对系统噪声贡献最大的主要噪声源的方法，为系统噪声优化工作的开展指明了方向。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，主要是一种光纤传感远程解调系统噪声分离方法。

背景技术

光纤传感远程解调系统需要对几十甚至数百公里外的光纤传感阵列返回的探测信号进行解调。长距离光纤的传输损耗使得光纤传感阵列返回的光信号极其微弱，使得光电探测结果的信噪比无法满足系统的噪声指标要求，一般需要在光纤传输链路中加入光学放大器以弥补远距离光纤传输损耗。常见的光学放大器有铒掺杂光纤放大器(EDFA)和分布式光纤拉曼放大器等。采用光学放大方案时，阵列返回信号光功率满足光电探测所需的信噪比要求，但光学放大过程本身也会导致光电探测信号的信噪比恶化，主要机理有二：其一是光学放大器本身的放大自发辐射(ASE)光与信号光的随机拍频导致的ASE噪声；其二是光学放大器在对信号光放大的同时也对传输光纤中的双重瑞利散射(DRS)光进行放大，两者拍频将会导致DRS噪声。两种噪声源机理不同，是相互独立的随机过程，不同系统参数下对系统总噪声的贡献也不同。实际系统噪声优化过程中，对两者中贡献更大的主要噪声源进行优化，才能有效降低系统总噪声水平，因此需要准确定位系统的主要噪声源。然而实际的噪声测试过程只能得到系统总噪声大小，无法独立测试各噪声分量的大小，因此需要对系统噪声进行分离，通过分析系统主要噪声源并采用针对性的噪声优化方案，实现系统总噪声的优化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，针对目前光纤传感远程解调应用过程中噪声优化需求，而提供一种光纤传感远程解调系统噪声分离方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种光纤传感远程解调系统噪声分离方法，该方法的步骤如下：

(1)在远程传输模块最大可传输光功率范围内，选取一组不同光功率值组成的光功率序列P_s[k]，作为远程传输模块的输入光功率序列；

(2)对序列P_s[k]中的每一个远程传输模块输入光功率值，解调计算此时的系统相位噪声功率谱密度，获得目标频率范围内的噪声功率谱密度均值D_phase[k]；

(3)根据函数关系式D_phase＝k₁/P_s+k₂，对(1)和(2)中的噪声功率谱密度序列D_phase[k]和光功率序列P_s[k]用最小二乘法进行拟合，得到常系数k₁和k₂，分别对应ASE噪声和DRS噪声分量，计算此时输入光功率序列P_s[k]对应的ASE噪声和DRS噪声所致的噪声功率谱密度序列D_{phase_ASE}[k]和D_{phase_DRS}[k],实现两种噪声源的分离。

作为优选，远程传输模块输入光功率由解调机通过第一个MEMS光衰减器设定，通过1/99耦合器监测；解调机通过第二个MEMS光衰减器调节探测器输入光功率均值恒定。

发明原理：放大自发辐射噪声和双重瑞利散射噪声作为光纤传感远程解调系统的两种主要噪声源，其噪声机理不同，两者功率叠加成为系统噪声主要来源。放大自发辐射噪声和双重瑞利散射噪声导致的相对强度噪声功率谱密度D_ASE和D_DRS分别为：