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光學(xué)反射式分布測量技術(shù)淺析
作者：
時(shí)間：2012-11-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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3.1 光時(shí)域相關(guān)探測技術(shù)
OTDR探測的空間精度是指探測鏈路上可分辨的兩個(gè)事件點(diǎn)的最短距離，稱(chēng)為空間分辨率。分辨率主要是由探測脈沖的寬度決定。探測分別率的提高可以通過(guò)減小探測脈沖寬度達到，但在激光器功率一定的條件下，這會(huì )造成探測脈沖能量降低，可探測的背向散射光信號非常微弱。因此提高OTDR的探測靈敏度是進(jìn)行小尺度探測要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。相關(guān)(correlation)探測[2]提供了一種在不降低空間分辨率的情況下提高反向散射光信噪比（SNR）的方法?；パaGolay碼[3]具有獨特的自相關(guān)特性，用互補碼作為激勵脈沖序列，通過(guò)相關(guān)運算可以有效抑制噪聲，提高探測靈敏度。
互補碼的定義是：兩個(gè)L元序列的自相關(guān)和若對于任意非零移位都為零，則這兩個(gè)序列是互補的： 
互補碼有良好的自相關(guān)性質(zhì)，每個(gè)互補碼序列單獨的自相關(guān)除了主峰外還存在側瓣，主峰幅度為序列的位長(cháng)L，側瓣幅度大約是主峰的10％，但兩序列的自相關(guān)相加時(shí)側瓣被消除，見(jiàn)圖3。 
互補碼的性質(zhì)可以應用在OTDR的相關(guān)中。如果我們用L位互補碼對Ak、Bk調制探測信號可以得到測量信號為
，進(jìn)行自相關(guān)處理,利用互補碼的自相關(guān)性質(zhì)，可以得到以下最終結果： 
(4)
hk是單位強度探測脈沖的響應，可以看到測量信號較單脈沖方式增大了2L倍，測量靈敏度得到了提高。
考慮到相關(guān)探測對噪聲的放大，信號的四次測量的影響等負面因素，由理論分析可以得到互補相關(guān)探測與單脈沖探測的信噪比SNR比較如下 
(5)
相關(guān)探測的SNR具體表達如下： 
(6)
其中Pinit是輸入光功率，PNE接收器等效噪聲功率，Noct是重復測量次數，Loct是編碼長(cháng)度，z是距入射端的距離，α是光纖衰減系數。相關(guān)探測與單脈沖探測比較，有效提高了靈敏度，并且靈敏度隨編碼長(cháng)度的增加而增大。
3.2 光頻域探測
光頻域探測[4]是另一種可以提高分辨率的方法。頻域探測采用頻率可調節的連續光束代替時(shí)域探測中的脈沖式探測光束，從而使探測光束具有更高能量，提高探測靈敏度。并且探測分辨率由頻率分辨決定，提高分辨率不會(huì )對靈敏度有負面影響。 
光頻域反射儀結構如圖4。中心頻率為ωo的等幅光束經(jīng)過(guò)分束器分別進(jìn)入待測鏈路和參考鏈路。返回的探測信號和參考信號在光纖Michelson干涉儀形成混合信號，歸一化的結果可以表示為： 
（7）
測量光束頻率以dω dt的速度線(xiàn)性改變，從待測鏈路中與參考端光程差為x0=x-xr的位置處返回的測量信號的時(shí)間延遲為，(是光在纖心中的群速度)，測量光束的頻率變化量為。由測量信號的頻率變化可以決定事件點(diǎn)到測量輸入端的距離，信號的幅度可以反映事件點(diǎn)處的散射系數與衰減系數等光學(xué)特征。
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