由于水下信道的多径效应、时变效应, 水下无线电通信速率及信噪比均十分低, 在实际的水下通信应用场景, 如水下传感器网络, 需要同时获取多个信号源的码流信号, 提出一种基于CMOS摄像头的水下可见光多输入多输出(MIMO)通信系统。系统采样曼切斯特编码以用于不同距离的信号源的时钟信号恢复, 同时提出了多个信号源识别及光强拟合的方法并研究了在水下环境中波特率对信号波形畸变的影响。实验结果表明: 在尺寸为4 m×3 m×3 m的试验池中, 对LED阵列进行优化布局后, 本系统可实现21 kb/s的水下通信, 可适用于诸如水下传感器网络的短距离、少信息量的数据交换场合。

喷泉码作为一种信道编码是解决大气对自由空间光通信干扰的重要技术, 而度分布是影响喷泉码性能的关键因素。针对喷泉码的度分布, 首先从原理上分析了鲁棒谷子分布和固定度分布在性能上的不足, 之后改进了固定度分布函数, 提出了一种将滑动鲁棒谷子分布和改进的固定度分布这2种度分布相结合, 并通过一个比例系数进行连接的新型联合度分布设计方案。仿真结果表明, 提出的联合度分布的译码性能要远远高于鲁棒孤子分布和固定度分布。

动态范围和空间分辨率是光时域反射仪(OTDR)系统的关键指标。在阐述OTDR动态范围和空间分辨率相互关系的基础上, 综述了现阶段提高OTDR动态范围和空间分辨率的新方法, 包括脉冲编码调制法、OTDR信号处理算法、线性光学采样法和混沌光时域反射法, 分别介绍了这些方法在国、内外的研究进展, 并对提高OTDR动态范围和空间分辨率的前景进行了展望。

光纤传感器固有的交叉敏感问题一直是光纤传感技术应用中亟需解决的问题。提出了一种多目标粒子群优化(MPSO)解调算法, 分别讨论了2个光纤布喇格光栅(FBG)中心波长在相同与不同的传感系统中的解调情况, 以及不同反射率对解调结果的影响。该算法不仅具备较高检测精度(温度测量精度为0.1 ℃, 应变精度为0.5 με), 而且系统结构简单、易于实现, 对FBG的材料、结构、中心波长及反射率无严格限制。

为了探究光纤布喇格光栅(FBG)传感器对冲击能的新型实时解调方法, 利用FBG边缘滤波法原理, 对板材进行了冲击能大小的测量研究。对于小质量小球冲击铝板过程, 实验采用FBG光谱右边缘移动滤波解调；对于大质量小球冲击亚克力(PMMA)板和铝板过程, 提出了一种基于阻尼衰减原理的新型解调方法。实验结果表明: 冲击能较小时, 直接利用峰值大小解调, 拟合度达到0.988, 最高灵敏度为0.0007476 v/g；冲击能较大时, 采用包络峰值衰减10%时所对应的时间长度解调, PMMA板和铝板的拟合度分别为0.94、0.89。

为降低温度对基于磁流体(MF)和长周期光纤光栅(LPFG)磁场测量系统中测量结果造成的误差, 提出一种基于MF和带状双芯光纤的磁场测量校正方案。在带状双芯光纤内集成包层热光系数不同的LPFG, 利用其温度灵敏度之间的差异实现对磁场测量结果的校正。通过理论分析与系统仿真, 论证了MF与LPFG的温度特性, 揭示了一定温度变化范围内MF折射率与LPFG谐振波长之间的关系, 与未进行温度补偿的系统相比, 所提传感方案的磁场强度精度至少提高79.1％。

在管道油气泄漏检测中最主要的难题是管道距离过长的问题, 利用传统检测模式效果不好。提出一种基于光纤技术的管道油气泄漏共轭梯度回声状态网络(ESN)检测方法。首先, 利用光纤探测技术对长距离油气管道的实时数据进行监测和采集, 并利用数据串联方式, 结合粗糙集算法对采集的泄露数据采样无标记数据的维度压缩方式, 实现数据的降维和简化；其次, 选取ESN对降维后的油气管道泄露数据进行分析和处理, 并基于正则化方式对ESN的权重进行初步的优化, 在此基础上利用Hessian矩阵的半正定性, 对初步的权重结果进行深入的学习优化, 实现ESN对油气管道泄露数据的识别能力；最后, 通过实测的数据仿真验证, 提出的油气管道的泄露监测模型具有更高的识别精度和计算效率。

相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统在对振动信号位置判断的过程中, 采用幅度差分累加法存在对振动峰位置计算准确率低、不同频率的振动信号需随时修改N值的问题。提出了一种经验模态分解(EMD)与神经网络结合的算法, 该算法将振动点的时域信号分解后作为特征值输入到神经网络中训练, 再对信号是否为目标振动信号进行识别, 实验表明该方法的振动信号识别率达到96.49%。

为了快速而准确地获得应变信息, 针对基于法布里-珀罗(F-P)滤波器的光纤传感应用系统, 研究和对比分析了几种光纤布喇格光栅(FBG)光谱信号的中心波长变动计算方法。根据FBG反射光谱的功率分布波形对称特性, 提出一种优化查找中心波长值的算法, 利用相邻2次采样的光谱波形峰值的两侧数据, 依据最小二乘法原理进行优化计算获得中心波长的替代值。实验结果表明, 以此计算FBG光谱中心波长值变动量不大于1个采样点。

弹性光网络(EON)中的业务频谱分配需要同时满足子载波频谱一致性和连续性约束, 不同带宽需求的业务分配或释放后会产生大小不同的频谱碎片, 影响后续业务的分配和频谱资源利用率。提出一种改进的基于资源节约策略(RSS)的EON碎片整理算法。进行碎片整理时, 能够使得整理出来的连续可用频隙数与到达业务所需频隙数尽可能相等, 避免产生新的频谱碎片。理论分析和仿真结果表明: 在100~600 Erl内, 改进的碎片整理算法与传统碎片整理算法相比, 带宽阻塞率最优可降低8.54%。

为了提高光纤拾音系统中耦合器解调相位的精度, 提出了一种3×3耦合器相位解调算法, 该算法在3×3耦合器解调的基础上, 先利用迭代运算补偿2路干涉信号的直流成分, 再解调音频信号。音频测量实验结果表明: 该算法可有效地还原音频信号, 实用性较强。

在实际的数字基带通信系统中, 为使信息在基带中顺利传输, 必须将不归零码(NRZ)信号编码成适合基带传输的码元。由于在发送时发送端不发送时钟信息, 但为了保证收发两端信号同步, 需要在接收端从信息流中提取时钟信息来恢复数据。提出一种新型的三阶高密度双极性码(HDB3)的编解码电路, 在接收端利用全数字锁相环(PLL)的原理, 采用小数分频器设计一种具有环路滤波特性的数控振荡器(DCO)。经验证: 在输入信号的频率范围为2.048 MHz(±70 ppm)的情况下, 新型的HDB3编解码电路可以成功恢复出定时信息和数据。

针对布里渊光时域分析仪(BOTDA)的测试光路在长期使用中易发生故障进而导致BOTDA测试中断的问题, 设计了一种基于光时域反射(OTDR)原理的光路自动切换保护系统。系统以K60控制器为控制核心, 应用FLEXBUS接口挂载SRAM、FPGA和W5300, 集成K60+FPGA架构的OTDR模块, 通过光开关实现光路切换, 监测各个光路的故障情况, 能够在BOTDA测试光路出现故障时切换光路并发送短信报警；介绍了系统原理、主要硬件模块、以太网引导升级和光路自动切换保护软件流程。实验结果表明: OTDR动态范围达到35 dB以上, 满足BOTDA测试光路的监测要求。

针对现有计算蓝绿激光在水下的衰减时, 同类海水采用固定衰减系数估算, 而实际不同海域的衰减系数存在差异, 导致某些理论可行的区域无法正常通信的问题, 提出结合透明度遥感观测数据计算蓝绿激光在水下透过率的新方法。根据中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感数据反演黄海部分海域蓝绿激光衰减系数, 分析黄海衰减系数的时空分布特点, 并估算水下50 m的透过率, 评估蓝绿激光通信的可行性。分析结果表明: 透明度越高, 衰减系数越小, 传输距离一定时透过率越高；透明度大于5.295 m时, 激光在水下50 m的衰减小于40 dB, 可以进行蓝绿激光通信。