● 摘要
分布式光纤微扰动传感器可以在整个光纤长度上对沿光纤分布的环境参数进行连续的测量，并确定环境参数的位置。光纤入侵监测系统利用分布式光纤传感技术，应用于边防线、石油管道、军事基地、飞机场等重要目标的安全保护，要求监测距离长（几十公里）、定位精确、实时监测、误报警率低、系统长时间工作稳定；除此以外，还需要考虑满足传感头无源、系统简单、成本低等要求。目前采用双Mach-Zehnder干涉仪的传感方案和计算反向传播时间差的定位方案基本上能够满足光纤入侵监测系统的应用要求，但是存在相位缓变和偏振衰落的问题，所以扰动定位的精度难以提高。本文以研究影响定位精度的因素、找出提高定位精度的方法为目的，提出了采用多模光纤作为传感光纤，接收被扰动调制的光强度信号，同样通过计算反向传播时间差进行定位的，多模光纤强度调制型扰动定位传感器。本系统结构简单，反向传播的两路信号的一致性好，传感距离较长，实时性好，成本低，其定位原理与双Mach-Zehnder干涉仪方案相同，对本系统的定位分析同样适用于双Mach-Zehnder干涉仪方案。本文研究了“单模光纤-多模光纤-单模光纤”(SMS)结构的多模光纤强度调制型扰动传感器的传感原理，及互相关、自适应时延差估计算法原理。找出了影响定位精度的因素，并对各因素做了仿真分析，得到了提高定位精度的方法。以提高定位精度为目的设计了传感器光路、信号检测及处理方法、定位算法。通过实验优化了数字滤波器的参数，分析了不同定位算法的定位精度，使定位精度达到约100m。最后提出了几种基于多模光纤强度调制法的扩展的光路结构。