【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于相位敏感光时域反射计(phase-sensitive optical time domainreflectometer，)，具体涉及一种基于调频脉冲和色散补偿的脉冲压缩技术在系统中的应用方法。
技术介绍
1、基于相位敏感型光时域反射技术(phase-sensitive optical time domainreflectometer,)的分布式光纤振动传感系统(distributed optical fibervibration sensing system,dvs)可以直接采用已铺设的通信光纤作为信号传输介质和传感单元，实现“传”、“感”合一。其分布式的传感特性可以测得沿所铺设光纤上的任意一点的扰动信息，并进行定位。此外，光纤传感以光波为载体，光纤为传输介质，与传统电学传感器相比，光纤传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、已铺设、低成本、适合远程监测等优点，尤其在智能交通、管道运输、地质灾害监测预警、周界安防、电力系统等领域内得到了广泛应用。
2、技术的原理是基于光纤在生产过程中产生的应力分布不均匀或杂质颗粒所导致的折射率不均匀分布，使得探测脉冲光在光纤中传输时产生的瑞利散射现象，其中部分携带扰动信息的后向瑞利散射光可以继续沿光纤反方向传输并被光电探测器测得。传感光纤不同位置所产生的后向散射光返回光电探测器的时间不同，信号测量时间可以对应光纤的不同位置所发生的事件，从而实现对扰动事件的定位。当外界扰动作用到光纤上时，散射光强度、相位或频率发生变化，通过对散射光信号各参量的变化进行解调即可得到相应位置的扰动
3、要提高系统的空间分辨率可以降低探测光脉冲宽度τ，但光电探测器所接收的散射光峰值功率也会随着累加范围减小而降低，导致系统的信噪比和动态范围降低，传感距离缩短，因此在长距离传感中，系统的空间分辨率约为4m到16m。此外，通过减小脉冲宽度同时增大瞬时功率以获得更高的信噪比则可能导致光纤的非线性效应。
4、如何解决系统的空间分辨率和传感距离的矛盾是系统相关研究的重点内容。因此，针对上述问题，予以进一步改进。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法，解决现有系统要提高空间分辨率就必须牺牲传感距离的问题，以及现有的基于调幅脉冲(扫频脉冲)和匹配滤波的解决方案中脉冲宽度大，易受多普勒效应影响，匹配滤波旁瓣劣化信噪比的问题。
2、为达到以上目的，本专利技术提供一种基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：获得光频域调制的扫频脉冲，设入射光各频率幅值相同，扫频速率为γ，扫频起点为f0，光频域调制的扫频脉冲表示为：
4、f(t)＝γt+f0；
5、
6、步骤s2：获得空间分辨率，其中：
7、光频率随时间线性增大，脉冲前端和脉冲末端的光波传输速度表示为：
8、
9、
10、式中，nstart和nend分别为脉冲前端和末端对应光频率在光纤中传输的有效折射率，考虑光纤纤芯的色散特性可知vstart<vend，并且(根据公式f(t)＝γt+f0)计算脉冲前端和后端在光纤各处激发的后向瑞利散射光到达光电探测器的时间为：
11、
12、
13、光电探测器所测得的光强为光纤上一定范围内的后向瑞利散射光的拍频信息(白光干涉)，在t时刻，光电探测器所测得的后向瑞利散射光在光纤上的叠加范围，即空间分辨率为：
14、
15、式中，zstart和zend分别为在t时刻所测得的后向瑞利散射光所在光纤的位置前端和末端；
16、步骤s3：通过增加光循环器和线性啁啾光纤布拉格光栅构成的散射光相位延时器获得新的空间分辨率，其中：
17、光纤各位置的散射光信号经线性啁啾光纤布拉格光栅压缩后到达光电探测器的时间表示为：
18、
19、
20、其中，和分别为脉冲前端和后端对应的光频率fmax和fmin在线性啁啾光纤布拉格光栅中的延时量，通过线性啁啾光纤布拉格光栅的参数设计，
21、令得系统的空间分辨率表示为：
22、
23、步骤s4：根据干涉原理，(忽略直流项)同频率光的干涉光强表示为：
24、
25、
26、其中，为频率为f与其相邻频率的入射光激发的散射光到达探测器时的相位差；δz为频率为f与其相邻频率的入射光激发的散射光的位置间隔；ρ0为光强幅值。
27、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s4之后还包括：
28、步骤s5：振动扰动使光纤产生随扰动周期性变化的应变量，并使其相邻散射点的空间间隔发生变化，最终导致所测得的散射光相干叠加强度变化，根据所测光强强度变化的频率、相位信息还原振动信息。
29、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，可调参数包括扫频带宽、扫频速率、脉冲宽度、扫频方式(线性或非线性)、相位补偿(延时)方式(cfbg或自适应相位补偿)。
30、为达到以上目的，本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法的步骤。
31、为达到以上目的，本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法的步骤。
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1.一种基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法，其特征在于，步骤S4之后还包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法，其特征在于，可调参数包括扫频带宽、扫频速率、脉冲宽度、扫频方式、相位补偿方式。
4.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法的步骤。
5.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法，其特征在于，步骤s4之后还包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于调频脉冲和色散补偿脉冲压缩技术在中的应用方法，其特征在于，可调参数包括扫频带宽、扫频速率、脉冲宽度、扫频方式、相位补偿方式。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王曰海，郝子鉴，戴庭舸，
申请(专利权)人：浙江大学绍兴研究院，
类型：发明
国别省市：
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