提出一种基于时钟同源I/Q解调的相位敏感光时域反射系统解调方法.分析了调制信号与混频信号非同源不一致对解调结果的影响, 采用声光调制器调制信号、斩波信号与I/Q混频信号时钟同源的方法以消除残余频率的影响.实验采用双压电陶瓷作为扰动源, 通过I/Q解调实时获得后向瑞利散射光幅值和相位, 进而实现扰动的定位和还原.实验结果表明, 该系统能有效地探测到5 km和9 km处的正弦扰动, 定位信号信噪比分别达17.8 dB和16 dB, 相位解调结果准确还原正弦扰动, 与正弦曲线的拟合系数分别为0.994和0.991, 均方根误差分别为0.116和0.141.实验进一步验证了该方法能够测得不同扰动幅度下的相位正弦变化曲线, 并能准确得到不同扰动频率, 且扰动位置处相位变化幅度与扰动强度具有良好的线性关系, 线性拟合系数达0.992, 均方根误差为0.499, 均优于非同源解调结果.

基于相位敏感的光时域反射系统(Ф-OTDR)是一种新型的分布式光纤扰动传感系统。随着应用需求的不断细化, 单纯对外部侵扰活动的检测及定位已无法满足实际需要, 亟待对检测到的信号进行准确的分类识别。在检测到侵扰信号的同时, 如何能准确判别入侵事件的类别, 减少误报率和漏报率是分布式光纤扰动传感系统研究的关键问题。文中主要针对分布式光纤扰动传感系统的原理进行了简要的介绍, 将现有的扰动信号特征提取的方法和分类器设计的方法进行归纳和分类, 并对识别结果进行总结和对比以方便研究人员根据应用环境的差异以及待测信号的特征, 准确选择适合的信号模式识别方法, 促进研究人员对分布式光纤扰动传感系统模式识别方法进行更为深入的研究。

对相位敏感光时域反射系统数字正交解调算法进行了研究。分析了正交解调算法中数字滤波器群延时对系统定位精度的影响, 提出采用重定位方法矫正定位误差; 同时, 研究了系统空间分辨率受正交解调算法中数字滤波器的影响, 并通过仿真和实验,验证并分析了上述问题。结果表明, 重定位方法可消除正交解调算法中数字滤波器造成的定位误差, 系统空间分辨率由系统结构与数字滤波器共同决定, 且由数字滤波器决定的空间分辨率随数字滤波器阶数的增加而增加。实验中解调选择112阶滤波器较佳。