为了提高分布式光纤温度传感的空间分辨率，提出了一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射（BOCDR）新技术。笔者发现了外调制BOCDR系统中的拍频谱噪声，分析了该噪声的起因以及其对被测信号混叠的影响，并据此发现使用较大的调制中心频率可以抑制拍频谱噪声对布里渊散射信号混叠的影响，从而获得较高的空间分辨率及较大的温度测量范围。利用所提出的基于大调制中心频率的BOCDR新技术，在一个验证实验中，使用一段长为17.2 m的G657光纤实现了连续分布式测量。实验结果表明，外调制BOCDR系统的空间分辨率为11.6 cm，温度的测量不确定度为0.26 ℃，测量不确定度比同类系统低一个数量级。

布里渊光相干域分析(BOCDA)技术可以实现长传感距离、高空间分辨率和高速的分布式温度或应变传感,在大型结构健康监测、现代工业等领域具有广阔的应用前景。分别综述了正弦频率调制型BOCDA、相位调制型BOCDA和宽带光源型BOCDA近年来的研究进展,其中宽带光源型BOCDA包括基于放大自发辐射的BOCDA和本课题组提出的混沌激光BOCDA。对比了这些技术的优缺点,分析了BOCDA系统的性能,并对BOCDA技术的发展前景进行了展望。

针对当前光纤法布里-珀罗(F-P)传感器解调仪存在的结构复杂和成本较高等问题, 提出一种基于光学相关原理的新型解调方案.采用平板玻璃作为光学互相关器, 利用平板玻璃与F-P腔的互相关关系解调出光纤F-P传感器的腔长.建立仿真模型对解调光路进行优化设计, 搭建了结构简单的单模光纤F-P传感器解调仪, 该仪器仅由宽谱光源、平板玻璃、线阵CCD、柱面镜和单模光纤搭建而成.实验结果表明, 腔长解调分辨率达到0.72 nm.该解调仪在光纤测井、液位测量和结构健康监测等领域中的温度、压力和位移测量中有着广阔的应用前景.

研究了两台独立运转的掺镱光纤飞秒激光器的脉冲序列与载波包络相位同步。使用平衡光学互相关的方法探测两台激光器的脉冲延迟，控制腔内高速压电陶瓷以锁定两台激光器的重复频率，得到两台激光器的剩余相对时间抖动为380 as。不同的重复频率锁定带宽会对载波包络相位信号产生明显的影响，相比于使用压电陶瓷（低锁定带宽），使用电光调制器锁定重复频率（高锁定带宽）会使载波包络相位产生额外的噪声。将两台激光器的输出脉冲在空间上重合，入射进入平衡探测器，探测到两台激光器的相对载波包络频率信号。使用腔外声光调制器对两台激光器的载波包络相位进行锁定，得到两台激光器的剩余相位噪声为495 mrad。锁定后观测到两激光器的光谱干涉，为相干脉冲合成奠定基础。

在Vander Lugt 相关器中, 预先制作的匹配滤波器是系统能否得到较好的相关识别结果的关键。通常使用的迂回相位匹配滤波器编码法数据利用率不高, 相关效果有进一步改进的空间。对基于最小欧几里德距离的映射编码法进行了研究, 利用空间光调制器的振幅与相位调制特性进行滤波器编码, 通过仿真实验分析了匹配滤波函数幅度因子对相关结果的影响, 并与迂回相位编码法的相关结果进行了对比分析。从仿真结果可以看出: 匹配滤波函数幅度因子越大, 相关峰值越高;当幅度因子达到103时, 相关峰值达到最大值;此时, 映射编码法的相关峰值接近于迂回相位编码法的2倍。因此映射编码法比迂回相位编码法更有利于相关峰的判别。

This paper reviews distributed discrimination of strain and temperature by use of an optical fiber based on fiber optic nerve systems. The preliminary method based on multiple resonance peaks of the Brillouin gain spectrum in a specially-designed fiber is firstly introduced. The complete discrimination of strain and temperature based on the Brillouin dynamic grating in a polarization maintaining fiber is extensively presented. The basic principle and two experimental schemes of distributed discrimination based on fiber optic nerve systems are demonstrated. The performance of the high discriminative accuracy (0.1 ℃-0.3 ℃ and 5-12 με) and high spatial resolution (~10 cm) with the effective measurement points of about 50 for a standard system configuration or about 1000 for a modified one will be highly expected in real industry applications.

复杂背景的低对比度目标识别一直是目标探测跟踪的关键技术之一。针对光电混合联合变换相关器，以多小波变换为基础，应用GHM多小波对目标联合图像处理，并采用多尺度非线性方法，通过非线性函数有效地改变各尺度上的细节分量，从而改变图像对比度，达到增强目标图像的目的。对复杂背景的低对比度目标图像进行了大量计算机模拟实验和光学相关实验，结果表明，这种基于多小波图像增强算法，对复杂背景的低对比度目标能够获得明亮的相关点，提高低对比度目标的识别率。作为实例，文中给出航行中低对比度船的图像识别。

基于布里渊相干域分析(BOCDA)原理，采用布里渊增益和损耗级联的方案优化BOCDA系统，在理论分析和实验验证基础上进行样机研制和功能验证。受激布里渊散射过程中的布里渊增益和损耗效应具有相同的布里渊增益谱特性，它们的级联不仅能提高布里渊净增益、系统信噪比和高精度，同时还可降低系统复杂度和系统成本。使用双平行调制器、两级光放大器、扰偏器、模电优化设计和数据采集处理等单元，研制了一套原理样机。实现了测量空间分辨率达1.6 cm、测量精度达10 με(或0.5 ℃)的分布式光纤传感样机。

结合高斯函数和最大平均相关高度算法设计了高斯-最大平均相关高度滤波器, 解决了光学相关识别系统对混合畸变目标(同时存在比例畸变和旋转畸变的目标)的识别问题.在设计滤波器时, 通过优化平衡高斯-最大平均相关高度滤波器的标准差σ、输出噪声方差系数α、平均相关能量系数β及平均相似测量系数γ来提高高斯-最大平均相关高度滤波器对混合畸变目标的响应能力.最后通过仿真实验可知, 在畸变容差范围(比例畸变0.92~1.16倍, 旋转畸变－8度~24度)内, Vander Lugt相关器利用单个高斯-最大平均相关高度滤波器可以实现任意状态混合畸变目标的识别.作为实例, 用高斯-最大平均相关高度滤波器对复杂背景下的飞机目标进行了识别实验, 验证了该方法的可行性.