最新录用 | 基于失配滤波的分布式光纤声波传感技术

Optical-pulse-coding phase-sensitive OTDR with mismatched filtering

Yongxin Liang, Zinan Wang, Shengtao Lin, et al.

Sci China Inf Sci, 2021, DOI: 10.1007/s11432-021-3329-6

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概要

分布式光纤传感技术将通信光纤作为传输和传感介质，在能源勘探、周界安防等领域发挥着重要作用。相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)作为其中的典型技术路线，利用后向瑞利散射光进行传感，具有灵敏度高和响应速度快等优点。常规单脉冲Φ-OTDR 使用更短的脉冲宽度可以提升空间分辨率，但信噪比将随之降低，从而影响传感距离。

光脉冲编码(OPC)是打破Φ-OTDR 空间分辨率与传感距离之间制约关系的有效方法之一。OPC Φ-OTDR 将编码序列作为探测脉冲发射到传感光纤中，能够有效提升后向瑞利散射光的功率，实现传感距离的延长，而空间分辨率仍由单个码字的脉冲宽度决定。然而，当前所报道的OPC Φ-OTDR 系统，其传感带宽远低于仅由光纤总长所限定的理论极值，这归因于两个方面：

• 其一是为了获得平坦频谱或更好的峰值旁瓣比，使用了长于传感光纤总长的编码脉冲序列；

• 其二是需要分次打入多组编码脉冲序列才可完成解码。

这些因素导致OPC Φ-OTDR 系统的传感带宽没有达到最优状态。

针对上述问题，电子科技大学的梁永鑫、王子南等人将失配滤波技术引入OPC Φ-OTDR：在编码部分，使用码长较短的随机相位编码序列作为探测脉冲，具有很好的设计灵活性；在解码部分，基于最小二乘准则设计相应的失配滤波器，从而使得传感带宽接近由光纤总长所限定的理论极值。失配意味着解码序列和编码序列不一致，具体表现为解码序列的长度是编码序列长度的两倍，以获得比匹配滤波更好的旁瓣功率抑制，有效降低了主旁瓣之间的串扰。

图. 实验装置图与原理示意图

实验结果表明，该方法在通过编码增益大幅提升信噪比的同时，实现了单通道OPC方案的传感带宽最大化。

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