● 摘要
基于相位敏感光时域反射计（phase-sensitive optical time-domain reflectometer，Φ-OTDR）的分布式光纤扰动传感器利用后向散射原理，检测从光纤中不同位置反射回来的瑞利散射光的干涉，从而提取出作用于光纤上的微弱扰动信号。相对于传统干涉仪型扰动传感器具有光路结构简单、定位算法易于实现、可检测光纤范围内多位置同时扰动等优点，在安防系统中具有很大的应用前景。信号检测是基于Φ-OTDR扰动传感器的一个关键部分，由于该传感器目前处于实验验证阶段，信号处理多采用离线进行，未见报道有针对其特点的专门的检测系统，因此对该系统进行检测技术的研究至关重要。本课题在分析信号特征的基础上，针对基于Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感器信号检测技术进行了一些理论研究和实验探索，具体主要完成了以下几方面的工作：1. 分析Φ-OTDR系统原理以及光路结构，对系统信号进行建模，同时分析系统的主要噪声来源，对比几种常见降噪算法的适用范围，选择小波降噪法对系统采样信号进行降噪。2. 在目前常用的等周期累加相减检测算法的基础上，以Xilinx Virtex-4系列芯片为核心，设计了一套实时信号检测系统，并完成了系统总体结构及外围芯片电路的硬件设计。3. 运用Verilog HDL语言在ISE开发环境下编写FPGA(现场可编程门阵列)内部小波降噪模块、信号检测模块、阈值判断模块以及液晶显示模块的程序，实现了扰动信号的报警与显示功能。4. 对系统主要模块进行功能仿真和软件调试，通过Chipscope Pro (在线逻辑分析仪)对各个模块进行功能验证，并对系统的进一步完善提出了建议和改进方案。