混沌信号相关法测量电介质传输线的断点及阻抗失配

本文通过实验验证了一种基于宽带混沌信号测量电介质传输线的断点和阻抗失配的方法.该方法利用光反馈半导体激光器产生的混沌信号作为探测信号,通过相关法对传输线进行断点定位、阻抗失配测量以及在线检测.实验结果表明,断点的定位偏差小于1%,阻抗的测量值在额定范围内,对于频率为2 MHz的矩形脉冲信号的干扰容限为48 dB. 关键词： 混沌 故障定位 半导体激光器 时域反射法     

基于超高分辨率光谱分析的周期光信号相对相位测量方法

提出了一种基于超高分辨率光谱分析实现周期性光信号频域中相位分布的测量方法.在已测得待测信号高分辨率光谱的情况下,利用马赫泽德调制器载波抑制效应调制激光器产生双泵浦,激发高非线性光纤中的受激布里渊散射效应形成有源双滤波器.用泵浦激光器在测量波长范围内进行连续扫描,得到包含待测信号相位信息的拍频信号,经数据采集和处理后得到待测信号频域上的相对相位信息.实验给出了速率为5Gb/s,字长为31bit的周期性光信号在频域上的相对相位分布信息,证明了这种有源双滤波器的频率响应特性可以满足相位测试的需要.     

基于二次偏振调制的变频测距方法与系统实现

由于鉴相精度限制、电路等引入的附加相移干扰等因素,传统相位测距技术精度的提高受到了限制.采用二次偏振调制技术对相位测距技术进行了改进.利用二次偏振调制方法能够直接在相位调制器上对两次调制信号的相位差进行解调,大幅度简化了系统的复杂程度.采用变频方法替代传统的鉴相方法,从而系统的测量精度不再受鉴相问题的困扰.从理论上得到系统输出光强与调制频率成正余弦关系,并进行了实验验证.基于变频测距的实验中,系统频率的稳定度优于10-6,测量精度可以达到±10.6μm(被测距离为4.5 m).并对一段长200 m的光纤进行了实际测量,得到了清晰的调制频率与系统输出光强的曲线.     

基于啁啾光纤光栅时分延时的相控阵波束形成

利用脉冲调制雷达信号的间歇性工作特点,不同波长的激光与雷达信号进行时分调制。啁啾光纤光栅将已调制射频信号的一串光脉冲序列进行反射延时,不同波长的激光序列在不同位置反射后产生不同时延。对载波频率等于4GHz的脉冲雷达信号进行实验测量,结果表明4个阵元的延时值与波束指向的理论延迟值一致,满足系统设计要求。     

光频域喇曼反射光纤温度传感器的频域参量设计

研究了功率调制型光频域反射技术空间采样函数的基本特征,得到了频域测量参量对测量距离和空间分辨率的基本限制;用数值计算模拟了功率调制型光频域光纤温度传感器的测量过程,通过比较模拟测量得到的喇曼反射强度空间分布因子对实际喇曼反射强度空间分布因子的再现程度,研究了调制频率范围、频率采样间隔以及起始调制频率对测量结果的影响,得出技术可行的最佳频域测量方案.     

基于激光拍频高准确度相位式测距方法

介绍一种基于相位式激光测距的高动态、高准确度测距系统.系统引入光频调制技术实现激光拍频产生高频调制信号并完成信号的高速变测尺调制.在对回波信号进行鉴相时,为降低鉴相偏差采用无窗全相位谱分析并实现对测量信号的相位计算.计算表明,该方法可以有效抑制频谱泄露,减小噪声对测量结果的影响,提高鉴相准确度.实验表明该测距系统可以有效地解决相位法测距中存在的抗干扰能力差、距离模糊较难抑制等问题,调制信号频率为100 MHz、信噪比为30dB时测距准确度优于0.5mm.     

基于小波变换的激光水下测距

提出一种基于小波变换思想的水下测距方法.根据信号的能量一致性以及小波的带通滤波特性,并以二元样条插值为架构,实现信号的时频结合.该方法先将时域信号进行小波时域分解滤波,获得较为完整的时域有效信息,然后对初步处理的时域信号进行小波频域分解,通过找寻信号时频域对应的能量最值位置锁定目标,实现精确测距目的.进行不同衰减长度水体的连续光水下测距实验,分析该方法对连续光水下探测的影响.经实验验证,该测距方法在输出功率2.3 W内,成功实现对8个衰减长度内目标的准确测量,其测距精度小于1 cm.     

基于经验模态分解提高太赫兹频率分辨率的方法

太赫兹频率分辨率是影响物质鉴别的重要因素,但是由于太赫兹时域光谱系统中存在器件反射,使得参考信号和测量信号出现多个反射峰,时域信号长度截断导致频率分辨率很低。为了去除反射峰的影响,提出基于经验模态分解去除时域反射峰,从而提高太赫兹频率分辨率的方法。通过与太赫兹主峰的互相关定位时域反射峰,计算反射峰的上下包络和求平均值,获取本征模函数并代替反射峰,增加时域信号有效长度,提高太赫兹频域分辨率。空气中水蒸汽的太赫兹透射谱实验结果表明,该方法具有自适应去除多个反射峰的能力,对太赫兹时域信号修复效果良好,频率分辨率提高了12倍,而且未丢失有用的吸收谱信息,吸收峰的位置和个数与真实谱一致,很好地保留了太赫兹谱的鉴别能力。     

分布式光纤拉曼温度传感器的对称解调

提出了一种用于分布式光纤拉曼温度传感器的对称解调新方案,采用瑞利散射光时域反射仪(OTDR)曲线解调光纤的反斯托克斯散射光时域反射仪曲线。首先将测量温度范围分成数段,用传统解调方法获取待测温度,然后判断该温度属于哪段内,最后用该对称的数段边界标定温度解调得到偶数个温度测量值,取平均值作为测量值。该方法提高了系统的测温精度和稳定性,系统的测温误差在±0．05℃内,空间分辨力1 m。实验结果与理论分析一致。     

混沌-脉冲混合信号光时域反射仪

研制了一种混沌-脉冲混合信号光时域反射仪,其工作原理是通过连续混沌光与离散脉冲光分别对光纤中的菲涅尔反射与后向瑞利散射进行高精度测量,将2次测量结果进行线性叠加得到光纤故障测量曲线,该仪器解决了传统混沌光时域反射仪无法测量光纤损耗事件的问题。实验中利用G.652.B单模光纤作为被测对象,对该仪器进行了实际测试,测试结果表明:所研制的混沌-脉冲混合信号光时域反射仪在104 km测量范围内实现了与距离无关的35 cm空间分辨率测量,对光纤损耗事件也有良好的检测效果。     

基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究

调频连续波激光测距方法可以实现高精度的大尺寸绝对距离测量, 且测量过程无需合作目标, 在大空间坐标精密测量领域有很高的研究价值. 而如何提高测量分辨率和实用化一直是近年来调频连续波激光绝对测距研究的热点. 本文研究了调频连续波激光测距的原理, 基于双光路调频连续波激光测距系统, 提出了通过信号拼接提高测量分辨率的信号处理优化方案, 该方案可以提高测距分辨率, 且可以降低对激光器的性能要求; 提出了可实现高速测量的简易测量方法. 设计加工了双光路光纤调频连续波激光测距系统, 利用该系统进行了测距分辨率及测距误差标定实验, 实验结果表明: 优化方案可以有效地提高测量分辨率和测量效率, 在26 m测量范围内, 测距分辨率达到了50 μm, 测距误差不超过100 μm; 快速测量方案有较高实用价值.     

布里渊动态光栅原理及其在光纤传感中的应用

自从2007年布里渊动态光栅被首次提出用于实现光存储以来,该技术得到了国际上的广泛关注和研究.布里渊动态光栅本质上是由相干声波场激发的折射率光栅,一般情况下两束抽运光(频率差等于光纤的布里渊频移)以相同的偏振态从光纤两端注入到光纤中,通过受激布里渊散射效应激发出相干声波场,即形成布里渊动态光栅.光纤布里渊动态光栅因具有全光产生、参数灵活可控的优点,已被广泛研究应用于光纤传感、光纤特性表征、光存储、全光信号处理、微波光子学和高精度光谱分析等.本文分析布里渊动态光栅产生和探测原理,重点探讨在高性能分布式光纤传感上的应用,这些应用包括高灵敏度温度和应变分布式传感、温度和应变同时解调、分布式横向压力传感、分布式静压力(气压或液压)传感、高空间分辨率分布式传感和高精度光谱分析.     

利用高精度时间间隔测量技术实现光速测定方法的研究

为了实现实验室环境下测定光速，采用已知长度及折射率的单模零色散光纤作为传输介质，利用高精度时间间隔测量技术测量了光在该光纤中的传输延时。经过理论推导，求出光速c与作为传输介质的光纤长度L、折射率n及光纤延时τ之间的关系式，从而通过测量得到L，n及τ的值即可计算得到真空中的光速值。与传统的利用天文法及精密仪器测量光速的方法相比，采用比较先进的高精度时间间隔测量技术可使时间分辨率达到125ps，从而在实验室环境下，利用简单仪器得到了高精度的测量结果。最终测量所得光速为299928077m/s，误差为30860m/s。     

声光偏转效应载频测量的方法研究

针对现代载频测量对信号的实时捕获、频率带宽和分辨率的要求,提出了一种利用声光偏转效应的相干光信号处理方法。从理论上对声光效应的Bragg衍射机理和条件进行了描述,分析了随机载频信号捕获、带宽特性和频率分辨率与声光偏转的关系,给出了系统的构成原理和测试方法。通过实验测试和计算机仿真,证明了声光偏转技术能很好地解决并行随机载频信号和频率分辨率的问题,系统性能和信号的实时处理效果得到了明显的改善,带宽达到了300MHz,频率分辨率优于1MHz。这种方法对随机信号载频的跟踪和测量精度优势突出,可应用于雷达信号探测和光电对抗。     

光纤移频分布式布里渊光纤传感技术

提出了一种利用布里渊光纤环形腔移频技术实现分布式光纤布里渊传感的方法.该方法基于布里渊光时域分析法原理,将一束单纵模运转激光器输出的激光分为两束|一束光入射布里渊光纤环形腔中产生窄线宽的受激布里渊散射光作为斯托克斯光,另一束光经过低频相位调制后作为泵浦光|斯托克斯光和泵浦光分别相向入射进入传感光纤,通过测量布里渊谱得到光纤温度或应变.利用该方法可将十几GHz的微波频率转化为兆赫信号频率进行探测处理,仅需一台激光器,因此系统结构简单、成本低,还可减小激光器频率波动对测量准确度的影响.实验验证了该方法的可行性.     

长距离多站点高精度光纤时间同步

为了保证长距离多站点间的高精度时间同步,在利用双向时间比对法实现高精度长距离时间同步的基础上,提出了一种利用一个波长信道同时对1 PPS(pluse per second)信号、时码信号以及10 MHz信号进行传递,并使用时分多址和净化再生的方式实现多站点高精度光纤时间同步的方法.以自行研制的工程样机在长度约550 km的实验室光纤链路以及871.6 km的实地光纤链路上进行了实验验证.在实验室光纤链路上,同时在50,300,550 km处测量得到的时间同步标准差分别为16.7,16.8,18.4 ps,时间稳定度分别为1.78 ps@1000 s,2.09 ps@1000 s,2.92 ps@1000 s.在实地光纤链路上,实现了光纤链路沿途11个站点的时间同步,测得871.6 km传递链路的时间同步标准差为29.8 ps,时间稳定度为3.85 ps@1000 s,不确定度为25.4 ps.     

马赫-曾德光纤干涉光谱测量系统的设计

光纤干涉光谱仪由于其体积小、分辨率高、抗电磁干扰和耐高温的特点,广泛应用于各种领域的物质检测中。设计了一种使用电动光纤延迟线实现光程差调制的基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的光谱测量系统。介绍了系统的构成,推导了基于该系统的光谱计算公式以及分辨率计算公式。搭建了实验平台,对一宽谱光源进行测试,并采集其干涉信号,解调出了相应的光谱图。对结果进行分析,当最大光程差变为0.479 5 cm时,光谱分辨率为2.085 4 cm-1。电动光纤延迟线的性能在很大程度上决定了最终解调出的光谱的分辨率、精度,尤其是速度和延时时间的精度和线性度。     

高精度光链路授时时延估算

授时系统中信号单程传输时延的估算直接影响到授时的精度, 环路时延测试是估算单程传输时延的方法之一。在光缆授时系统中光纤的色散特性将导致不同波长光信号在同一光链路中的传输时延存在差异, 基于G.652光纤的色散特性, 提出的时延差精确估算方法, 能够得到这种传输时延的差异。仿真显示来回链路工作波长在1.55 μm附近时, 此方法能够很好地补偿时延差, 从而精确估算信号传输时延。     

基于磁光开关的高精度光实时延时线

 给出了基于高速磁光开关的光实时延时技术的方案。研究了拓扑结构和磁光开关对光延时性能的影响。研制了5 bit,32位的光实时延时系统,并建立了光延时的测试平台,经测试,延时线延时精度优于3 ps。对光延时单元插损进行测试,结果显示:32态单元插损为0.12~0.88 dB,各态变化呈随机性。     

Joint transfer of time and frequency signals and multi-point synchronization via fiber network

A system of jointly transferring time signals with a rate of 1 pulse per second(PPS) and frequency signals of 10 MHz via a dense wavelength division multiplex-based(DWDM) fiber is demonstrated in this paper.The noises of the fiber links are suppressed and compensated for by a controlled fiber delay line.A method of calibrating and characterizing time is described.The 1PPS is synchronized by feed-forward calibrating the fiber delays precisely.The system is experimentally examined via a 110 km spooled fiber in laboratory.The frequency stabilities of the user end with compensation are1.8×10~(-14) at 1 s and 2.0×10~(-17) at 10~4 s average time.The calculated uncertainty of time synchronization is 13.1 ps,whereas the direct measurement of the uncertainty is 12 ps.Next,the frequency and 1PPS are transferred via a metropolitan area optical fiber network from one central site to two remote sites with distances of 14 km and 110 km.The frequency stabilities of 14 km link reach 3.0×10~(-14) averaged in 1 s and 1.4×10~(-17) in 10~4 s respectively;and the stabilities of 110 km link are 8.3×10~(-14) and 1.7×10~(-17),respectively.The accuracies of synchronization are estimated to be 12.3 ps for the14 km link and 13.1 ps for the 110 km link,respectively.