脉冲编码调制BOTDR系统关键技术研究

摘要

本文介绍了布里渊分布式光纤传感技术的研究现状，分析了光纤中的布里渊散射及其特征参数，建立了布里渊频移和强度与光纤中温度和应变的对应关系。研究了基于Golay互补序列调制和基于Simplex码调制的BOTDR光纤传感系统。分析了Golay互补序列的时域和频域特性及其在BOTDR系统中的应用原理和适用范围。给出了一种基于Golay互补序列调制的BOTDR传感系统，对系统的信噪比、动态范围和测量时间进行了理论分析，同时对传感系统的时域和频域响应特性进行了Matlab仿真，结果表明采用Golay互补序列调制的BOTDR传感系统较单脉冲BOTDR系统在系统信噪比、温度和应变分辨率等方面均有明显改善。分析了Simplex码的产生方法、在系统中的应用原理以及对系统性能的改进，给出了一种基于Simplex码调制的BOTDR传感系统，对系统的时域响应特性进行了Matlab仿真。分析了Golay互补序列和Simplex码的编码增益与码长的关系，指出了两种码型在BOTDR系统中的适用范围。介绍了一种基于LPR的微波外差检测BOTDR传感系统，对系统中的微波下变频器子系统进行了重点研究，给出了子系统的设计方案和各个组件的选型，设计测量系统对所选组件的参数指标进行了测试。设计并搭建了背向瑞利散射信号的时域和频域测量系统以及布里渊散射谱测量系统，完成了瑞利散射信号的时域和频域测量以及布里渊散射信号的频域测量。