[發明專利]基于分數階傅里葉變換的高速分布式光纖傳感系統及方法

有效

• 申請號: 202010777163.6
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111854815B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 張全明;姚實穎;羅勁瑭;陳一鳴;楊宇玄;祝和春;王子南;張晨琳;吳函;陽小龍
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司經濟技術研究院
• 主分類號: G01D5/36
• 分類號: G01D5/36;G01D5/353
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

1.一種基于分數階傅里葉變換的高速分布式光纖傳感系統，其特征在于，包括：激光器模塊、耦合器、光信號調制模塊、待測傳感光纖、信號檢測模塊和信號解調模塊；

所述激光器模塊產生光信號并將光信號發送給耦合器，耦合器將光信號分別輸入光信號調制模塊和信號檢測模塊；

光信號調制模塊將光信號調制為x個具有不同啁啾率的啁啾脈沖光信號后發送給待測傳感光纖；

經過待測傳感光纖之后，x個不同啁啾率的啁啾脈沖光信號所產生的混合的散射光信號被送至信號檢測模塊；

信號檢測模塊利用耦合器發送的光信號和混合的散射光信號經相干探測并恢復瑞利散射矢量場后得到拍頻信號，信號檢測模塊將拍頻信號輸入信號解調模塊；

信號解調模塊對拍頻信號進行解調后輸出散射光信號的擾動信息；

信號解調模塊對拍頻信號進行解調具體步驟為：

S1：信號解調模塊將拍頻信號按采樣順序分成N組，N為不為零的整數；

S2：將N組拍頻信號中的第n組基于分數階傅里葉變換法解出x個擾動信息；

S3：將x個擾動信息所有擾動信息重新按照時間順序組合后得到散射光信號的擾動信息；

S2具體步驟為：

S21：將拍頻信號進行x個不同階次的分數階傅里葉變換，每一個不同的啁啾率對應不同的階次；

S22：經過分數階傅里葉變換后的拍頻信號在不同的階次下有不同的聚焦峰，將x個不同階次的聚焦峰從整個分數階域的信號中過濾出來；

S23：將過濾出的x個不同階次的聚焦峰進行逆分數階傅里葉變換后求解出x個擾動信息。

2.根據權利要求1所述的一種基于分數階傅里葉變換的高速分布式光纖傳感系統，其特征在于，還包括光環形器；

光信號調制模塊通過光環形器將啁啾脈沖光信號發送至待測傳感光纖；

待測傳感光纖通過光環形器將混合的散射光信號發送至信號檢測模塊。

3.根據權利要求1所述的一種基于分數階傅里葉變換的高速分布式光纖傳感系統，其特征在于，所述光信號調制模塊包括：強度調制器、相位調制器、光學濾波器和光學開關；

所述強度調制器和相位調制器產生不同啁啾率的啁啾脈沖光信號；

光學濾波器過濾出強度調制器產生的不同啁啾率的光信號；

光學開關選擇輸出光學濾波器濾出的不同啁啾率的光信號。

4.一種基于分數階傅里葉變換的高速分布式光纖傳感方法，基于權利要求1所述的系統實現，其特征在于，包括以下步驟：

T1：將光信號分成兩路：光信號R1和光信號R2，將光信號R2調制為x個具有不同啁啾率的啁啾脈沖光信號后輸入待測傳感光纖；

T2：x個不同啁啾率的啁啾脈沖光信號經過待測傳感光纖之后產生的混合的散射光信號；

T3：利用光信號R1和散射光信號經相干探測并恢復瑞利散射矢量場后得到拍頻信號；

T4：將拍頻信號基于分數階傅里葉變換法進行解調后輸出散射光信號的擾動信息；

所述x個具有不同啁啾率的啁啾脈沖光信號，其中第i個啁啾率的啁啾脈沖光信號表示為：

其中E₀和f分別表示光載波強度和頻率；f_m表示調制啁啾脈沖信號的中心移頻量；γ_i表示信號的啁啾率；T表示不同啁啾率脈沖光之間的時延；τ_p表示脈沖的寬度；t為時間自變量。

5.根據權利要求4所述的一種基于分數階傅里葉變換的高速分布式光纖傳感方法，其特征在于，T4具體步驟為：

T41：將拍頻信號按采樣順序分成N組，N為不為零的整數；

T42：將第n組拍頻信號進行x個不同階次的分數階傅里葉變換，每一個不同的啁啾率γ_i對應不同的階次；

T43：經過分數階傅里葉變換后的拍頻信號在不同的階次下有不同的聚焦峰，將x個不同階次的聚焦峰從整個分數階域的信號中過濾出來；

T44：將過濾出的x個不同階次的聚焦峰進行逆分數階傅里葉變換后求解出x個擾動信息，

T45：將x個擾動信息重新按照時間順序組合后得到散射光信號的擾動信息。