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(cè)等領(lǐng)域中,該研究具有重大的經(jīng)濟(jì)和科研價(jià)值,成為世界各國(guó)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(diǎn)之一,并取得了一系列的重要研究進(jìn)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(chǔ)空間較大,并且在長(zhǎng)距離快速、單端快速和高靈敏度快速測(cè)量等領(lǐng)域仍需有效的解決方案。本論文以光學(xué)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?jī)?nèi)容如下:在快速布里淵光時(shí)域分析(BOTDA)測(cè)量領(lǐng)域,針對(duì)系統(tǒng)采樣率較低和存儲(chǔ)空間較大的問(wèn)題,本論文提出基于壓縮感知技術(shù)的傳感方法,實(shí)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(zhǎng)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(gè)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(guò)程中壓縮數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間減少70%極大緩解系統(tǒng)硬件壓力。在長(zhǎng)距離BOTDA測(cè)量領(lǐng)域,針對(duì)系統(tǒng)測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題,本論文提出采用基于光學(xué)啁啾鏈調(diào)制和布里淵衰減...

【文章頁(yè)數(shù)】：127 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖1-7單脈沖和511位Simplex編碼BOTDA系統(tǒng)時(shí)域信號(hào)[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(zhǎng)的時(shí)間可分為兩類，歸零碼和非歸零碼，而在BOTDA系統(tǒng)測(cè)量中歸零碼是一種更好的選擇，碼長(zhǎng)所占的時(shí)間遠(yuǎn)大于聲子壽命（10ns），保證之后的脈沖測(cè)量信號(hào)不會(huì)受到上一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(jìn)一步提高。單獨(dú)的預(yù)放大和中繼放大無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)性能的進(jìn)一步提升，傳感距離增加到120km，并達(dá)到1m空間分辨率和1.3℃測(cè)量精度達(dá)[69]。布里淵放大技術(shù)通過(guò)布里淵衰減譜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)[46,70]，高頻的探測(cè)光將能量轉(zhuǎn)移給低頻的泵浦脈沖光，補(bǔ)償泵浦光傳輸損耗，提高信號(hào)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(cè)光相互作用，不僅避免非局域效應(yīng)并能夠補(bǔ)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(zhǎng)距離BOTDA系統(tǒng)[49]，寬頻譜探測(cè)光主要帶來(lái)兩個(gè)好處，1）更高的布里淵閾值，能夠有效提高探測(cè)光輸入功率；2）平坦的SBS....

本文編號(hào)：3978635