一种用于提高BOTDR抗辐射能力的系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于提高BOTDR抗辐射能力的方法，根据辐射环境下传感光纤损耗增大，布里渊后向散射光信号作用范围减小的特点，通过间隔的向受辐射光纤输入光脉冲序列，使受辐射光纤中间隔的充满光脉冲序列，从而在间隔段内得到具有较好信噪比的布里渊后向散射光信号，对间隔段内采集的信号拼接重组和矩阵变换解码，得到整条光纤的系统响应。根据布里渊频移与温度或者应变的关系实现对温度或者应变的传感。本发明专利技术还公开了一种用于提高BOTDR抗辐射能力的系统，由于光纤中间隔地充满光脉冲序列提高了输入功率，从而减少辐射造成的光纤损耗，提高光纤抗辐射能力。本发明专利技术克服了辐射造成光纤损耗带来的不利影响，提高BOTDR系统的抗辐射能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式光纤传感
，特别是一种用于提高BOTDR抗辐射能力的系统及其方法。
技术介绍
人类探索宇宙的脚步随着科学技术的发展不断前进，用于外太空科学实验的航天器越来越多，恶劣航天环境下对航天器的保护这一课题也越来越受到人们的关注。比如，国际空间站结构复杂，规模大，由航天员居住舱、实验舱、服务舱，对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成，对这些部件的监测和保护，不仅对站内人员安全提供保障，而且及时发现问题解决问题可以大大提高航天器服役年限，从而节约使用成本。然而，恶劣的外太空辐射环境和对航天器材的轻量化要求，使得传统的监测手段难以达到要求。布里渊光时域反射传感器(BrillouinOpticalTime-DomainReflectometry,BOTDR)作为分布式光纤传感器的一种，具有抗电磁干扰，重量轻，分辨率高、误差小、传感光纤布设简单、成本低、容易实现。当光纤沿线存在轴向应变或者温度发生变化时，光纤中的背向布里渊散射光的频率相对于注入的脉冲光频率将发生频移，布里渊散射光频率的频移量与光纤所受的轴向应变和温度的变化呈良好的线性关系。利用这一关系可以实现辐射环境下的温度和应变的传感。在200Gy的辐射强度下，传统BOTDR传感距离降为400米，主要原因是辐射环境下光纤损耗增加。光纤损耗的主要原因是，由于辐射损伤导致光纤材料中产生色心，即缺陷结构所致，这些色心的产生与光纤材料中所含杂质的量以及先驱存在的固有点缺陷结构有关。辐射造成光纤的损耗会带来不利的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种用于提高BOTDR抗辐射能力的系统及其方法，本方法通过间隔的向受辐射光纤输入光脉冲序列，使受辐射光纤中间隔地充满光脉冲序列，提高了输入功率，从而激发光致透明效应，即光强使材料的吸收系数降低，减轻辐射损伤，提高光纤抗辐射能力。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种用于提高BOTDR抗辐射能力的方法，包括以下步骤：步骤A、将光源模块输出的连续光分成两路：第一路作为探测的连续光和第二路作为本振的连续光；步骤B、将第一路连续光调制成间隔序列脉冲光，具体如下：步骤B-1、计算出序列长度为：TS×N，且TL≤TS×N，其中，TS为光纤中码元间隔，N为序列中的码元个数，TL为光往返光纤所需时间；步骤B-2、根据B-1中的TL≤TS×N，选取得到码元个数N：其中，为先上取整符；根据码元个数生成相对应的循环码生成矩阵，再由循环码生成矩阵得到N维的周期矩阵，取两次周期矩阵的第一行，按照间隔TS组成间隔序列；由循环码生成矩阵得到N维的周期矩阵具体方法为：将循环码生成矩阵的第一行作为周期矩阵第一行，周期矩阵中的其它行均为上一行循环左移1位得到，从而形成N维的周期矩阵；步骤B-3、根据产生的间隔序列，将第一路连续光调制成间隔序列脉冲光；步骤C、将间隔序列脉冲光放大后注入光纤，获得后向布里渊散射光信号；将第二路连续光进行光偏振态随机化，得到光偏振态随机分布的本振光信号；将所述后向布里渊散射光信号和光偏振态随机分布的本振光信号耦合相干后得到布里渊散射光信号，再经光电转换得到电信号，对电信号进行扫频、滤波放大后得到布里渊散射电信号；步骤D、对布里渊散射电信号进行解码，得到解码后的BOTDR系统响应，根据解码后的BOTDR系统响应，获得沿光纤分布每一点处的布里渊频移，再根据布里渊频移与温度或者应变的关系实现对温度或者应变的传感；解码包括拼接重组和矩阵变换，具体如下：D-1、拼接重组：将布里渊散射电信号按照周期TS分割为2N份：Y1,Y2...Y2N-1，取布里渊散射电信号的第i个间隔后的连续N个间隔数据，作为布里渊系统响应矩阵YB的第i行所对应的元素，得到布里渊系统响应矩阵YB：YB=Y1,...,YNY2,...,YN+1.............YN,...,Y2N-1,]]>0≤i≤N且i为整数；D-2、矩阵变换：对布里渊系统响应矩阵YB进行矩阵变换，得到单脉冲系统响应组h1...hN=X-1YB,]]>h1...hN为不同时延下单脉冲的BOTDR系统响应，X-1为步骤B-2中所述的周期矩阵的逆矩阵；单脉冲系统响应组每行中的单脉冲的BOTDR系统响应为上一行单脉冲的BOTDR系统响应向后TS的延时，根据该单脉冲系统响应组中的时延关系，将每行单脉冲的BOTDR系统响应相加求平均，得到解码后的BOTDR系统响应，根据解码后的BOTDR系统响应，获得沿光纤分布每一点处的布里渊频移，再根据布里渊频移得到光纤周围温度或应变的变化。根据本专利技术所述的一种用于提高BOTDR抗辐射能力的方法进一步优化方案，所述其中,L为光纤长度，c为真空中光速，n为光纤的折射率。根据本专利技术所述的一种用于提高BOTDR抗辐射能力的方法进一步优化方案，光纤中码元间隔TS小于3微秒。一种用于提高BOTDR抗辐射能力的系统，包括光源模块、第一耦合器、光偏振扰动模块、电光调制模块、间隔序列发生模块、光脉冲放大模块、环形器、光纤、第二耦合器、光探测模块、扫频模块、滤波模块、放大模块、信号处理模块；其中，光源模块，用于输出连续光至第一耦合器；第一耦合器，用于将连续光分成两路：第一路作为探测的连续光和第二路作为本振的连续光；第一路连续光输出至电光调制模块，第二路连续光输出至光偏振扰动模块；间隔序列发生模块，用于输出间隔序列电信号至电光调制模块；电光调制模块，用于根据间隔序列电信号将第一路连续光调制成间隔序列脉冲光并输出至光脉冲放大模块；光脉冲放大模块，用于放大间隔序列脉冲光，输出放大后的间隔序列脉冲光至环形器的第一端口；环形器，用于将放大后的间隔序列脉冲光由其第二端口注入光纤中，获得后向布里渊散射光信号输入至环形器的第二端口，并由环形器的第三端口输出至第二耦合器；光偏振扰动模块，用于将第二路连续光进行光偏振态随机化，得到光偏振态随机分布的本振光信号并输出至第二耦合器；第二耦合器，用于将后向布里渊散射光信号与光偏振态随机分布的本振光信号进行耦合相干后，输出布里渊散射光信号依次经光探测模块、扫频模块、滤波模块、放大模块进行光电转换、扫频、滤波、放大后，输出布里渊散射电信号至信号处理模块；信号处理模块，用于对布里渊散射电信号进行解码，得到解码后的BOTDR系统响应，根据解码后的BOTDR系统响应，获得沿光纤分布每一点处的布里渊频移，再根据布里渊频移得到光纤周围温度或应变的变化。作为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高BOTDR抗辐射能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、将光源模块输出的连续光分成两路：第一路作为探测的连续光和第二路作为本振的连续光；步骤B、将第一路连续光调制成间隔序列脉冲光，具体如下：步骤B‑1、计算出序列长度为：TS×N，且TL≤TS×N，其中，TS为光纤中码元间隔，N为序列中的码元个数，TL为光往返光纤所需时间；步骤B‑2、根据B‑1中的TL≤TS×N，选取得到码元个数N：其中，为先上取整符；根据码元个数生成相对应的循环码生成矩阵，再由循环码生成矩阵得到N维的周期矩阵，取两次周期矩阵的第一行，按照间隔TS组成间隔序列；由循环码生成矩阵得到N维的周期矩阵具体方法为：将循环码生成矩阵的第一行作为周期矩阵第一行，周期矩阵中的其它行均为上一行循环左移1位得到，从而形成N维的周期矩阵；步骤B‑3、根据产生的间隔序列，将第一路连续光调制成间隔序列脉冲光；步骤C、将间隔序列脉冲光放大后注入光纤，获得后向布里渊散射光信号；将第二路连续光进行光偏振态随机化，得到光偏振态随机分布的本振光信号；将所述后向布里渊散射光信号和光偏振态随机分布的本振光信号耦合相干后得到布里渊散射光信号，再经光电转换得到电信号，对电信号进行扫频、滤波放大后得到布里渊散射电信号；步骤D、对布里渊散射电信号进行解码，得到解码后的BOTDR系统响应，根据解码后的BOTDR系统响应，获得沿光纤分布每一点处的布里渊频移，再根据布里渊频移与温度或者应变的关系实现对温度或者应变的传感；解码包括拼接重组和矩阵变换，具体如下：D‑1、拼接重组：将布里渊散射电信号按照周期TS分割为2N份：Y1,Y2...Y2N‑1，取布里渊散射电信号的第i个间隔后的连续N个间隔数据，作为布里渊系统响应矩阵YB的第i行所对应的元素，得到布里渊系统响应矩阵YB：YB=Y1,...,YNY2,...,YN+1.............YN,...,Y2N-1,]]>0≤i≤N且i为整数；D‑2、矩阵变换：对布里渊系统响应矩阵YB进行矩阵变换，得到单脉冲系统响应组h1...hN=X-1YB,]]>h1...hN为不同时延下单脉冲的BOTDR系统响应，X‑1为步骤B‑2中所述的周期矩阵的逆矩阵；单脉冲系统响应组每行中的单脉冲的BOTDR系统响应为上一行单脉冲的BOTDR系统响应向后TS的延时，根据该单脉冲系统响应组中的时延关系，将每行单脉冲的BOTDR系统响应相加求平均，得到解码后的BOTDR系统响应，根据解码后的BOTDR系统响应，获得沿光纤分布每一点处的布里渊频移，再根据布里渊频移得到光纤周围温度或应变的变化。...

【技术特征摘要】
1.一种用于提高BOTDR抗辐射能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、将光源模块输出的连续光分成两路：第一路作为探测的连续光和第二路作为
本振的连续光；
步骤B、将第一路连续光调制成间隔序列脉冲光，具体如下：
步骤B-1、计算出序列长度为：TS×N，且TL≤TS×N，其中，TS为光纤中码元间隔，
N为序列中的码元个数，TL为光往返光纤所需时间；
步骤B-2、根据B-1中的TL≤TS×N，选取得到码元个数N：其中，为先上取整符；根据码元个数生成相对应的循环码生成矩阵，再由循环码生成矩阵得到N
维的周期矩阵，取两次周期矩阵的第一行，按照间隔TS组成间隔序列；
由循环码生成矩阵得到N维的周期矩阵具体方法为：将循环码生成矩阵的第一行作为
周期矩阵第一行，周期矩阵中的其它行均为上一行循环左移1位得到，从而形成N维的周
期矩阵；
步骤B-3、根据产生的间隔序列，将第一路连续光调制成间隔序列脉冲光；
步骤C、将间隔序列脉冲光放大后注入光纤，获得后向布里渊散射光信号；
将第二路连续光进行光偏振态随机化，得到光偏振态随机分布的本振光信号；
将所述后向布里渊散射光信号和光偏振态随机分布的本振光信号耦合相干后得到布里
渊散射光信号，再经光电转换得到电信号，对电信号进行扫频、滤波放大后得到布里渊散
射电信号；
步骤D、对布里渊散射电信号进行解码，得到解码后的BOTDR系统响应，根据解码后的
BOTDR系统响应，获得沿光纤分布每一点处的布里渊频移，再根据布里渊频移与温度或者
应变的关系实现对温度或者应变的传感；解码包括拼接重组和矩阵变换，具体如下：
D-1、拼接重组：将布里渊散射电信号按照周期TS分割为2N份：Y1,Y2...Y2N-1，取布里
渊散射电信号的第i个间隔后的连续N个间隔数据，作为布里渊系统响应矩阵YB的第i行
所对应的元素，得到布里渊系统响应矩阵YB：YB=Y1,...,YNY2,...,YN+1.............YN,...,Y2N-1,]]>0≤i≤N且i为整数；
D-2、矩阵变换：对布里渊系统响应矩阵YB进行矩阵变换，得到单脉冲系统响应组
h1...hN=X-1YB,]]>h1...hN为不同时延下单脉冲的BOTDR系统响应，X-1为步骤B-2中所述的周
期矩阵的逆矩阵；单脉冲系统响应组每行中的单脉冲的BOTDR系统响应为上一行单脉冲的
BOTDR系统响应向后TS的延时，根据该单脉冲系统响应组中的时延关系，将每行单脉冲的
BOTDR系统响应相加求平均，得到解码后的BOTDR系统响应，根据解...

【专利技术属性】
技术研发人员：李密，陈章，张旭苹，宋跃江，李鑫，刘阳，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32