[发明专利]基于分数阶傅里叶变换的高速分布式光纤传感系统及方法

权利要求书

1.一种基于分数阶傅里叶变换的高速分布式光纤传感系统，其特征在于，包括：激光器模块、耦合器、光信号调制模块、待测传感光纤、信号检测模块和信号解调模块；

所述激光器模块产生光信号并将光信号发送给耦合器，耦合器将光信号分别输入光信号调制模块和信号检测模块；

光信号调制模块将光信号调制为x个具有不同啁啾率的啁啾脉冲光信号后发送给待测传感光纤；

经过待测传感光纤之后，x个不同啁啾率的啁啾脉冲光信号所产生的混合的散射光信号被送至信号检测模块；

信号检测模块利用耦合器发送的光信号和混合的散射光信号经相干探测并恢复瑞利散射矢量场后得到拍频信号，信号检测模块将拍频信号输入信号解调模块；

信号解调模块对拍频信号进行解调后输出散射光信号的扰动信息；

信号解调模块对拍频信号进行解调具体步骤为：

S1：信号解调模块将拍频信号按采样顺序分成N组，N为不为零的整数；

S2：将N组拍频信号中的第n组基于分数阶傅里叶变换法解出x个扰动信息；

S3：将x个扰动信息所有扰动信息重新按照时间顺序组合后得到散射光信号的扰动信息；

S2具体步骤为：

S21：将拍频信号进行x个不同阶次的分数阶傅里叶变换，每一个不同的啁啾率对应不同的阶次；

S22：经过分数阶傅里叶变换后的拍频信号在不同的阶次下有不同的聚焦峰，将x个不同阶次的聚焦峰从整个分数阶域的信号中过滤出来；

S23：将过滤出的x个不同阶次的聚焦峰进行逆分数阶傅里叶变换后求解出x个扰动信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于分数阶傅里叶变换的高速分布式光纤传感系统，其特征在于，还包括光环形器；

光信号调制模块通过光环形器将啁啾脉冲光信号发送至待测传感光纤；

待测传感光纤通过光环形器将混合的散射光信号发送至信号检测模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于分数阶傅里叶变换的高速分布式光纤传感系统，其特征在于，所述光信号调制模块包括：强度调制器、相位调制器、光学滤波器和光学开关；

所述强度调制器和相位调制器产生不同啁啾率的啁啾脉冲光信号；

光学滤波器过滤出强度调制器产生的不同啁啾率的光信号；

光学开关选择输出光学滤波器滤出的不同啁啾率的光信号。

4.一种基于分数阶傅里叶变换的高速分布式光纤传感方法，基于权利要求1所述的系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

T1：将光信号分成两路：光信号R1和光信号R2，将光信号R2调制为x个具有不同啁啾率的啁啾脉冲光信号后输入待测传感光纤；

T2：x个不同啁啾率的啁啾脉冲光信号经过待测传感光纤之后产生的混合的散射光信号；

T3：利用光信号R1和散射光信号经相干探测并恢复瑞利散射矢量场后得到拍频信号；

T4：将拍频信号基于分数阶傅里叶变换法进行解调后输出散射光信号的扰动信息；

所述x个具有不同啁啾率的啁啾脉冲光信号，其中第i个啁啾率的啁啾脉冲光信号表示为：

其中E₀和f分别表示光载波强度和频率；f_m表示调制啁啾脉冲信号的中心移频量；γ_i表示信号的啁啾率；T表示不同啁啾率脉冲光之间的时延；τ_p表示脉冲的宽度；t为时间自变量。

5.根据权利要求4所述的一种基于分数阶傅里叶变换的高速分布式光纤传感方法，其特征在于，T4具体步骤为：

T41：将拍频信号按采样顺序分成N组，N为不为零的整数；

T42：将第n组拍频信号进行x个不同阶次的分数阶傅里叶变换，每一个不同的啁啾率γ_i对应不同的阶次；

T43：经过分数阶傅里叶变换后的拍频信号在不同的阶次下有不同的聚焦峰，将x个不同阶次的聚焦峰从整个分数阶域的信号中过滤出来；

T44：将过滤出的x个不同阶次的聚焦峰进行逆分数阶傅里叶变换后求解出x个扰动信息，

T45：将x个扰动信息重新按照时间顺序组合后得到散射光信号的扰动信息。