● 摘要
基于相位敏感的光时域反射计（OTDR）光纤分布式传感系统能够在长距离范围内对微小振动信号进行分布式、多点实时监测，且具有监测距离长，灵敏度高，无需外场供电等诸多优点，在长距离周界安防监控领域获得了广泛的应用。然而相位OTDR系统的监测距离受到多方面因素的影响，其中受激布里渊散射是限制系统实现长距离监测的主要因素之一。本课题以提升相位OTDR分布式扰动传感系统的监测距离为目的，通过深入分析受激布里渊散射在相位OTDR系统中的误差规律，提出一种适用于本系统的光路级联方案，利用级联式方案实现了72km的长距离监测，验证了该方案能有效抑制受激布里渊散射误差并提高了系统的监测距离。
论文主要开展了以下研究：
一、分析受激布里渊散射误差规律：通过分析相位OTDR分布式扰动传感系统空间分辨率与监测距离两项指标，指出光纤中的受激布里渊散射是系统实现长距离的主要限制因素之一，分析该限制因素在系统中的误差规律，并对受激布里渊散射阈值进行仿真与测量。
二、提出级联式光纤相位OTDR方案：根据受激布里渊散射在相位OTDR系统中的误差规律，提出级联式光纤相位OTDR分布式扰动传感系统方案，分析该方案的误差抑制方法；根据受激布里渊散射阈值的仿真与测试结果，确定级联方案中每一级传感光纤的光纤长度。
三、级联式方案长距离监测的实现：根据级联式光纤相位OTDR扰动传感的定位原理和算法，设计信号检测系统的硬件和软件，实现了级联方案的FPGA信号检测；对级联式方案的长距离监测进行实验验证，并在外场对实际应用进行模拟，验证级联式方案在实际应用中的可行性。