1 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司，武汉 430074
4 中国移动通信有限公司，北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题，文章提出了基于远程泵浦光放大器（ROPA）遥泵技术的相位敏感光时域反射仪（φOTDR）分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术，获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题，分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术，3个远程增益单元选取合适的增益介质长度，引入传输链路中适当位置，耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励，实现信号光的无中继放大，解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明，采用同相正交（IQ）解调算法，压电换能器（PZT）加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明，文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感，打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad，三维（3D）瀑布图中无扰动位置相对平稳，链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换（FFT）处理后，100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值，对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
为解决分布式相位敏感光时域反射计系统现有事件识别方法对于相似振动信号识别困难这一问题，提出了一种基于多尺度特征融合的相似信号识别方法。在该方法中，原始信号首先通过经验模态分解和小波包分解被分解为不同频率范围内的子信号。随后，分别提取原始信号和子信号的时频特征和近似熵特征，并利用主成分分析法对所提取的特征进行融合。最后，通过构建一个6层轻量反向传播（BP）神经网络分类器，训练分类模型并利用测试集验证模型分类度。该方法对小车经过和行走等相似信号的识别准确率可分别达到98.5%和98.0%，对于敲击和摇晃差异性大的信号的识别准确率可达100%。相比于直接从原始信号中提取特征并结合时频图的卷积神经网络方式，所提方法的综合识别准确率分别提高了8.4%与9.0%，相似信号的识别准确率分别提高了13.5%与12.4%。结果表明，该方法在保证差异性大的信号的高识别准确率的基础上，显著提高了相似信号的识别准确率，对于拓展分布式光纤传感的应用范围有重要的价值。
光通信 相位敏感光时域反射计 时频特征 近似熵 多尺度特征融合 反向传播神经网络
1 常州工学院光电工程学院，江苏 常州 213032
2 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210093
3 得克萨斯州立大学英格拉姆工程学院，美国 得克萨斯78666
噪声的抑制对于相位光时域反射仪实现相位信号的精确测量至关重要。为此，在相干探测型相位光时域反射仪中采取了幅度形式噪声抑制和相位形式噪声抑制的双层处理方法，并且在“慢时间轴”和“快时间轴”两个方向上对相位形式的噪声进行抑制。首先，在正交解调时采用数字低通滤波器抑制幅度形式的噪声，以正确求解未解缠绕的包裹相位；接着，在“慢时间轴”方向上采用小波分解与重构的方法实现噪声的抑制，并借助相干探测型相位光时域反射仪相位变化线性分布的空间特征和噪声的随机性同时结合相关计算获得最佳小波分解层数；最后，在“快时间轴”方向上使用整体最小二乘的数据拟合方法进行噪声的抑制。实验结果表明：采用三重降噪得到的相位信号的均方根误差为0.17832 rad，比没有采用“慢时间轴”小波降噪的二重降噪方法降低了23.3%。这表明使用包含“慢时间轴”方向小波降噪的三重降噪方法能够实现更精确的相位信号测量。
光纤光学 光纤传感 相位光时域反射仪 定量测量 噪声抑制 小波降噪
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 光纤传感研究中心之江实验室，浙江 杭州 310000
简要回顾了从基于传统机器学习的普通感知型分布式光纤声波传感器（DAS）到基于深度学习的全智能化DAS的转变历程，深入分析了基于多维信息提取的DAS监督学习及半监督、无监督和跨场景迁移等深度学习方法的研究现状，概括了不同识别模型的构建思路、特点，及其识别性能、处理时间等评价指标，也论述了DAS从单源检测到多源混叠检测、从单任务到多任务处理等智能感知能力提升面临的新挑战，最后对全智能化DAS的信号处理发展方向及新趋势进行了展望。
光纤物联网 相敏光时域反射 分布式光纤声波传感器 智能感知 信号处理
电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
提出一种基于多频优化分集（MFOD）算法的相位解调技术，搭建了环移多频相干光时域反射（MF-COTDR）系统，实验探究了MFOD算法对信号解调性能的提升效果。结果表明，MFOD算法不仅能够较好地还原相位信息，相较于传统的相位解调算法有超过9 dB的平均信噪比（SNR）提升，实现了33.3 pε/Hz1/2的最小应变分辨率。此外，通过实验验证了基于MFOD算法的MF-COTDR系统对不同频率振动信号的响应性能，实验结果说明该系统具有良好的线性响应能力。
光纤光学 分布式光纤传感 相位敏感光时域反射仪 相位解调
1 哈尔滨工业大学卓越工程师学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学郑州研究院，河南 郑州 450018
3 国家管网集团科学技术研究院，河北 廊坊 065000
4 哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江 哈尔滨 150001
相位敏感光时域反射计（Ф-OTDR）系统通常用于振动监测中，具有响应速度快和检测灵敏度高的优势，但受相干衰落效应的影响，导致振幅较低位置提取的振动信号相位信息失真。为此，本文提出一种基于宽带声光调制的高保真Ф-OTDR传感方案，实现对振动信号相位信息的高保真提取。该方案具有调制结构简单紧凑、相位延迟控制精确、频率分量灵活可控、不牺牲响应带宽和空间分辨率等优点。在验证实验中，灵活调制脉宽为100 ns，且同时将包含三个非等间距频率的多频探测光脉冲注入2 km的传感光纤，并以幅值评估的方式对多频拍频信号进行复用。结果表明，该方案中相干衰落的概率从17.541%降低到0.045%，并实现了对模拟振动信号相位信息的高保真重构。
相位敏感光时域反射计 相干衰落效应 相位信息 多频脉冲调制
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311121
光脉冲编码（OPC）近年来在光纤声波传感领域备受关注，特别是将其与相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码，可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比，同时避免了非线性效应的影响；在接收端解码后可获得单脉冲响应，系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定，从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程；然后，重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展，特别是在传感带宽提升方面的成效；最后，对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。
光纤传感 光脉冲编码 分布式声波传感 相位敏感光时域反射仪
1 南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210023
2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
3 北京交通大学信息科学研究所，北京 100044
4 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311100
5 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
6 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
7 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192
8 中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039
9 中油奥博（成都）科技有限公司，四川 成都 611731
10 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
11 齐鲁工业大学（山东省科学院），山东省科学院激光研究所，山东 济南 250104
12 厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361005
13 上海交通大学电子信息与电气工程学院，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
14 北京理工大学光电学院，信息光子技术工信部重点实验室，北京 100081
15 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
16 兰州大学土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000
我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首，分布式光纤传感技术（DOFS）作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术，近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战，在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上，对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。
光纤光学 分布式光纤传感技术 光时域反射仪 光频域反射仪 干涉型分布式光纤传感
1 常州工学院光电工程学院，江苏 常州 213032
2 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210093
3 德克萨斯州立大学英格拉姆工程学院，德克萨斯 圣马科斯 78666
在相位光时域反射仪中引入等时分双频光，提高扰动信号采样率，降低相邻相位的绝对差值，从而使得相位解缠绕正确实现，进而精确重构相位信号。然而，引入双频光使得初相位的不一致变得更加复杂，以致相位信号无法精确重构，即扰动信号的采样率难以真正得到提升。为此，在等时分双频光相位光时域反射仪中，基于模值最小值的乘积来快速确定参考位置并补偿脉冲序列方向初相位的不一致，对光纤长度方向初相位的不一致进行二次静态补偿。在实验中，当外界扰动为700 Hz的Burst信号时，使用单频探测脉冲光已无法进行正确解缠绕，而使用双重静态补偿方案的等时分双频光相位光时域反射仪却能够精确求解出Burst信号，且正弦部分的均方根误差仅为0.3872 rad，即在相位光时域反射仪中实现了信号采样率的双频光倍增和相位信号的精确重构。
光纤光学 光纤传感 相位光时域反射仪 定量测量 双频光 精确提取
1 桂林电子科技大学光电工程学院，广西 桂林 541004
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150006
本文针对光纤传感技术中相敏光时域反射仪（Φ-OTDR）数据采集受限的问题，提出了一种基于条件对抗生成网络（CGAN）的数据增强方法，用于在少量数据基础上生成大量训练样本。实验中采用Φ-OTDR完成数据采集，将采集到的真实数据作为CGAN的输入，网络通过自动提取信号特征，并在输入条件的帮助下生成逼真的信号数据。将生成数据和原始数据分别输入决策树、支持向量机、卷积神经网络等模型进行分类，实验结果显示，生成数据在各个分类器中的检测结果都得到了显著提升，有效提高了分类器模型的检测能力和性能，实现了Φ-OTDR模式的目标识别，并解决了数据采集困难的问题。本文研究为小样本检测提供了新的思路和方法，对其他光纤传感技术的应用具有借鉴意义。
光纤传感 相敏光时域反射仪 数据增强 深度学习 条件对抗生成网络
