基于频分复用和同相/正交（I/Q）接收技术，提出了一种具有高空间分辨率的大带宽分布式光纤振动传感解调方案，并对其进行了理论分析和数值仿真研究。该分布式振动传感结构包含马赫-曾德尔干涉仪（MZI）与时间门控数字光频域反射仪（TGD-OFDR），其中，MZI输出信号的相位采用零差法解调，用于检测振动信号的频率与幅度；而TGD-OFDR则是通过外差探测技术实现振动信号的定位。数值仿真结果表明，所提系统的可测振动频率上限达兆赫兹量级，4 km传感光纤上的空间分辨率可达0.5 m。该分布式振动传感系统同时具有高空间分辨率与大检测带宽的优势，在民用基础设施健康监测和石油天然气管道泄漏监测等领域具有潜在应用价值。

为了解决传统的相位生成载波解调算法中由调制深度漂移引起的解调结果失真现象, 采用微分交叉相除的信号解调方法进行了相关的理论分析及仿真验证, 得到了一种不受调制深度限制的高性能相位生成载波解调方案。结果表明, 在采用不同幅值和频率的待测信号进行仿真时, 改进算法的解调性能始终十分优异; 且当调制深度的值为典型值2.63rad和2.37rad以及非典型值1.5rad和3.0rad时, 使用该算法得到的解调信号都没有发生失真; 同时, 当调制深度在0.5rad~3.5rad范围内变化时, 与传统解调算法相比, 改进算法中解调信号的幅值始终与待测信号保持一致,且高次谐波分量始终非常小。该研究解决了传统解调算法中调制深度变化带来的失真现象, 为光纤干涉型传感系统的解调方案提供了参考。

Optical fiber interferometric sensors based on [3×3] couplers have been used in many fields. A new technique is proposed to demodulate output signals of this kind of sensors. The technique recovers the signal of interest by fitting coefficients of elliptic (Lissajous) curves between each fiber pair. Different from other approaches, this technique eliminates the dependence on the idealization of [3×3] coupler, provides enhanced tolerance to the variance of photoelectric converters, and is anti-polarization in a certain extent. The main algorithm has been successfully demonstrated both by numerical simulation and experimental result.