[发明专利]基于时分复用的高重复率准分布式传感系统

权利要求书

1.基于时分复用的高重复率准分布式传感系统，包括激光器模块(1)、耦合器(2)、光信号调制模块(3)、信号检测模块(6)、光环形器(4)和信号解调模块(7)，所述光信号调制模块(3)将光信号E_L(t)调制为啁啾脉冲光信号E_p(t)，所述光信号调制模块(3)的输出端连接光环形器(4)的端口1，所述光环形器(4)的端口2将啁啾脉冲光信号E_p(t)输入待测传感光纤(5)并接收所述待测传感光纤(5)返回的反射光信号，所述光环形器(4)的端口3将所述反射光信号输入信号检测模块(6)，所述信号检测模块(6)利用反射光信号和耦合器(2)输入的本振光信号产生拍频信号E_B(t_i,t)，所述信号检测模块(6)将所述拍频信号E_B(t_i,t)输入信号解调模块(7)进行解调和输出，得到所述反射光信号的扰动信息；

其特征在于，所述光信号E_L(t)为：

其中，表示光信号的初始相位，ω表示光信号的角频率，t表示时间，θ(t)表示激光器相位噪声，E_L表示光信号的幅度；

所述啁啾脉冲光信号E_p(t)为：

其中，E₀表示啁啾脉冲信号的幅度，表示啁啾脉冲初相，τ_p表示脉冲宽度，γ表示啁啾脉冲光信号的啁啾率；

啁啾信号s_digital(t)为：

其中，f_m表示啁啾脉冲信号的中心频率；

所述反射光信号中第i个反射点处反射光信号E_ref(t_i,t)为：

其中，i表示反射点的序号，t_i表示第i个反射点处的时延，R(t_i)表示第i个反射点的反射率，表示第i个反射点处反射信号的相位；

所述拍频信号E_B(t_i,t)为：

其中，A(t_i)表示第i个反射点反射信号的幅度，表示本振与信号之间的相位差；

所述啁啾脉冲光信号在自相关后的主瓣宽度不大于传感光纤上相邻两个反射点间隔的即：

w₁+w₂+…+w_x≤L(1)，其中w₁,w₂……w_x表示主瓣宽度，x表示光在传感光纤中传输的往返时间t₀内打入的脉冲数目，L表示传感光纤上相邻两个反射点之间的间隔；

所述啁啾脉冲光信号的重复周期t的范围为且使不同脉冲的反射光信号经过匹配滤波之后的互相关峰在时域相互分离，其中x_max表示传感光纤上相邻两个反射点之间的间隔L与匹配滤波互相关峰平均宽度的比值。

2.根据权利要求1所述的基于时分复用的高重复率准分布式传感系统，其特征在于：所述拍频信号的解调步骤为：

步骤1：将所述拍频信号按照采样顺序分为N组数据，每组数据包括x个数据，N为不为零的整数；

步骤2：对第n组数据进行扰动信息的求解，n为小于等于N的正整数。

3.根据权利要求2所述的基于时分复用的高重复率准分布式传感系统，其特征在于：对第n组数据进行求解的具体步骤为：

步骤21：对第n组数据进行希尔伯特变换，得到E_beat(t_i,t)，采用的公式为：

步骤22：在数字域生成啁啾信号P，所述啁啾信号P与输入待测传感光纤的x个的啁啾脉冲信号相同；

步骤23：将所述啁啾信号P与E_beat(t_i,t)进行匹配滤波，得到互相关峰M，采用的公式如下：

其中，S(t_i)表示拍频信号和啁啾信号的互相关峰值,E即为E_beat(t_i,t)表示拍频信号；

步骤24：利用互相关峰值得到拍频信号的相位信息；

向基带方向移频f_m之后，取相位可得：

其中，表示反射光信号匹配滤波峰值处的相位，表示求和之后的相位，表示第t_i+1和第t_i个反射元峰值处相位之差；

整体的反射信号和拍频信号，只需对所有的i按照时间顺序排列即可；

步骤25：利用所述相位信息解调出扰动信息，两个峰值处相位之差与Δt线性相关，所以根据拍频信号的相位信息，应用啁啾信号反射光匹配滤波之后的互相关峰在时域上是分离的，可以分别解调出来扰动信息，实现高重复率准分布式传感。