[发明专利]一种基于频漂动态补偿的Φ‑OTDR增敏方法及装置

权利要求书

1.一种基于频漂动态补偿的Φ-OTDR增敏方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采用光源输出连续光，将连续光分成两路：探测光和本振光；

步骤二、调制探测光，得到脉冲光后输入到传感光纤，获得背向瑞利散射光信号；

步骤三、将本振光与所述背向瑞利散射光信号耦合后，经光电转换得到电信号，该电信号经处理后得到光源的初始光频率f₀下的Φ-OTDR曲线，将其作为参考曲线W_ref(i-1)，初始化迭代次数i＝1；

步骤四、调谐光源的频率，对光源的频率进行线性的扫描，同时将连续光调制成Φ-OTDR探测脉冲，获取一组光频连续变化的Φ-OTDR探测脉冲序列；

步骤五、采用步骤四中获得的探测脉冲序列分别进行Φ-OTDR测量，得到一组Φ-OTDR曲线A_i，并存储；其中，

A_i＝[W_f-NΔf(t),W_f-(N-1)Δf(t),…W_f+(N-1)Δf(t),W_f+NΔf(t)]；

其中，W_f-NΔf(t)为由光频率为f-NΔf探测脉冲获得的Φ-OTDR曲线，N为脉冲的数量，t为第i次扫描的初始时间，f为第i-1次补偿后的光源频率，Δf为探测脉冲序列的光频扫描步进；

步骤六、计算W_ref(i-1)与A_i中的所有Φ-OTDR曲线之间的互相关值，获得2N+1个互相关值并将该互相关值按顺序存入数组R_i中，其中：

R_i＝[Cov[W_ref(i-1),W_f-NΔf(t)],Cov[W_ref(i-1),W_f-(N-1)Δf(t)],…Cov[W_ref(i-1),W_f+NΔf(t)]]

其中，Cov[·]为相关运算；

搜索数组R_i中的最大值，确定其在数组中的索引值，据此计算出光源频率漂移的大小Δν和方向，并将最大值对应的Φ-OTDR曲线作为新的参考曲线W_ref(i)；

步骤七、根据步骤六中求得的光源频率漂移的大小Δν和方向，调谐光源的输出光频率，补偿其频率漂移，使其重新回到光源的初始光频率f₀；

步骤八、令i＝i+1，跳转至步骤四。

2.根据权利要求1所述的一种基于频漂动态补偿的Φ-OTDR增敏方法，其特征在于，所述步骤四中对光源的频率进行线性的扫描是采用半导体光源自身的内调制方法或者铌酸锂IQ调制器的外调制方法，或者声光调制器直接产生光学频率梳，在数据处理过程中分别处理各个光频点上的信号的方法。

3.根据权利要求1所述的一种基于频漂动态补偿的Φ-OTDR增敏方法，其特征在于，所述N决定频漂补偿范围，Δf决定补偿精度。

4.根据权利要求1所述的一种基于频漂动态补偿的Φ-OTDR增敏方法，其特征在于，所述N＝20，Δf＝200kHz。

5.基于权利要求1所述的一种基于频漂动态补偿的Φ-OTDR增敏方法的装置，其特征在于，包括窄线宽光源、第一光纤耦合器、相位调制器、掺铒光纤放大器、声光调制器、光纤环形器、任意波形发生器、FPGA脉冲生成器、第二光纤耦合器、平衡探测器、数据采集模块、数据处理模块和传感光纤；其中：

窄线宽光源发出的光经第一光纤耦合器分成两路：一路为信号光，另一路为本地参考光；所述信号光经受任意波形发生器控制的相位调制器调制后产生多个边带光信号，该光信号经掺铒光纤放大器放大后输出至由FPGA脉冲生成器驱动的声光调制器，经调制成脉冲光注入光纤环形器的第一端口，脉冲光由光纤环形器的第二端口入射至传感光纤中，脉冲光在传感光纤中产生背向散射信号返回到光纤环形器的第二端口，并由光纤环形器第三端口输出至第二光纤耦合器；所述本地参考光输入至第二光纤耦合器与背向散射信号耦合后经平衡探测器转换成电信号，该电信号经数字采集模块转换成数字信号后输出至数据处理模块，对采集到的Φ-OTDR曲线进行处理，得到光源频率漂移，根据获取的光源频率漂移，控制任意波形发生器的控制信号和声光调制器的脉冲调制信号，实现动态补偿光源频率漂移。