[發明專利]基于瑞利散射的降噪分布式光纖水聽的應用

在審

• 申請號: 201710015484.0
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN108288999A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 劉浩宇;魏嘉;劉本剛;柴軍杰;李建彬
• 申請（專利權）人: 光子瑞利科技（北京）有限公司
• 主分類號: H04B10/2507
• 分類號: H04B10/2507;H04B10/071;G01H9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于瑞利散射的降噪分布式光纖水聽陣列技術。該傳感技術通過瑞利散射機理，通過光放大器以及自我調制消除擾動噪聲來確保得到完整的水中聲波光纖變化，分析光時域反射定位以及外部音頻導致的水中聲波對光纖的壓力作用引起的光相位變化，得到相關水聲中的信息。相比過去的壓電水聲器，分布式光纖水聲陣列技術具有探測靈敏度極高、相應的水下頻帶寬等優點。在使用材質上，以光纖作為載體來進行信息的傳輸和傳感，可以進行超遠距離的傳輸，既不會被電磁干擾也無發生泄漏的危險。

技術領域

本發明涉及光纖安防通信領域，特別是涉及一種基于瑞利散射的降噪分布式光纖水聽的系統、裝置。

背景技術

在海洋網絡安防系統中，光纖水聽器陣列是其中重要的應用之一。他本質應用大多是壓電探測系統。但傳統的壓電探測系統易受到海洋中各種氣流以及海洋生物和人為的損壞。這種大規模的壓電探測系統的應用，一旦發生破壞將很難修復，花費的人力物力較多。因此光纖傳感水聽技術成為了海洋安防中最好的解決方案。相對于傳統的壓電探測系統來說，光纖水聽應用具有成本低、易維護、監聽距離超長等優點。是當前人們的重點研究對象。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種基于瑞利散射的降噪分布式光纖水聽應用的方法。通過降低光纖中各種擾動噪聲以及在光纖中應用瑞利散射等。能夠實現海洋水聽智能檢測，提高海洋中水聽的識別效率。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：為實現光纖水聽器中擾動噪聲的降低，需要采用光放大系統以及擾動噪聲的過濾中和。

其中，所述采用光放大系統對所述光纖振動噪聲信號降低的步驟包括：光放大系統的選擇，首先要查看系統使用的光的功率，當各種噪聲造成的損耗較大時就需要引入合適的光放大器。光放大器有多種，包括但不限于半導體光放大器、拉曼光纖放大器(FRA)、布里淵光纖放大器(FBA)、摻鉺光纖放大器(EDFA)等。根據放大器光的穩定性和與光纖的耦合性來看，EDFA技術相對成熟，所以成本較低，系統方案選擇較多。且與光纖中瑞利散射機制相吻合。故EDFA應是降噪光纖水聽應用的首選。

其中。所述將所述光纖擾動噪聲的產生和自我調制消除。當光纖水聽放到實際應用場景時，特別是海洋等復雜環境地帶，光纜通常會由于海潮、氣流、海洋生物的影響產生不必要的擾動噪聲。該擾動噪聲主要分為兩種，一個是機制頻調調節噪聲和偏振噪聲。他的來源分別是較大強度的應力作用導致光纖長度變化的，非平衡相位調制噪聲。另一類為光纖受彎曲后，從海洋水聽器引入的偏振噪聲。對于偏振噪聲之前已有人嘗試進行消除，例如Garoszewicz通過各種干涉推導出的消除公式，用來消除偏振噪聲，但在消除后仍然會有部分的偏振噪聲未消除。吳越豐將FRM等旋轉到合適的角度來進行光纖中擾動噪聲的消除，實驗效果存在偏差。本專利是使用的是自我調制消除噪聲技術來進行消除干擾噪聲。該經過很長時間的發展已在雷達等領域廣泛應用。在分布式光纖水聽系統中，實現高可用低感光的具有參考值的探針和設計濾波器算法，對擾動噪聲進行消除。

其中，為解決開頭所述問題，在各種噪聲消除后。本發明采用的再一個技術方案是基于瑞利散射的頻譜識別。瑞利散射在光纖中的應用最早是在OTDR中，OTDT依賴瑞利散射對光纖中的光路的衰減情況進行診斷。本專利采用的是基于瑞利反射的光時域反射計。

其中，所述將所述光時域反射計應用于接收信號進行檢測，與常規的光時域反射技術相比，該技術使得各點的背向瑞利散射光之間具備了強性。到達光纖首端的散射呈現共振疊加的形式。在瑞利散射技術中，具有強背向散射光在光纖鏈路沿線的擾動事件的相位調制的作用下，表現出共振技術所特有的明暗條紋相交替的特征，具有對動態事件的響應能力。通過匹配聲波擾動前的某一個點，然后匹配聲波擾動后的該點的散射。將多個這樣的點連接最終得到的多個數組即為識別水聽所需要的曲線。