本技術(shù)涉及光纖傳感，具體涉及一種相位解調(diào)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)能夠在長距離內(nèi)對微小信號進(jìn)行分布式多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，其具有靈敏度高、空間動態(tài)范圍大和定位精度高等特點(diǎn)，因此在大型設(shè)施健康監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)過程檢測、周界安防、管道防護(hù)、海洋工程等方面具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

2、目前對相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)相位解調(diào)主要是基于包括相位生成載波、基于3×3耦合器構(gòu)造的相位解調(diào)、i/q解調(diào)等在內(nèi)的硬件相位解調(diào)方案。相位生成載波法需要引入相位調(diào)制器和解調(diào)器，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，且依賴于精確的相位調(diào)制，任何調(diào)制誤差都會影響最終的解調(diào)精度?；?×3耦合器的相位解調(diào)方法，解調(diào)精度受到耦合器制造誤差的限制，可能導(dǎo)致相位解調(diào)不準(zhǔn)確。由于使用了多個(gè)耦合器和其他光學(xué)元件，系統(tǒng)損耗較大，光強(qiáng)信號可能減弱，影響解調(diào)效果。i/q解調(diào)需要復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，包括正交調(diào)制器、光電平衡探測器和高性能信號處理電路，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，通常需要實(shí)時(shí)處理大量數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的計(jì)算能力和處理速度要求較高，對系統(tǒng)中的相位噪聲非常敏感，尤其是光源相位噪聲和系統(tǒng)內(nèi)的相位抖動，都會導(dǎo)致解調(diào)誤差。因此現(xiàn)有解調(diào)方法存在成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、噪聲大、計(jì)算量大等問題，嚴(yán)重影響傳感系統(tǒng)的實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化。

3、常規(guī)的φ-otdr系統(tǒng)中需記錄兩個(gè)位置的和，才能解調(diào)出數(shù)字差分，對硬件解調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲要求較高。并且，φ-otdr系統(tǒng)中激光器帶來的頻率漂移會導(dǎo)致光信號內(nèi)存在頻率噪聲，從而造成系統(tǒng)獲取的解調(diào)相位出現(xiàn)漂移，破壞被測信號的完整性，造成波形畸變，降低系統(tǒng)的信噪比，使得獲取的擾動事件的位置與頻率等信息不準(zhǔn)確。

4、因此，亟需提出一種新的相位解調(diào)方法以克服上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例提供一種相位解調(diào)方法和系統(tǒng)，通過同一光脈沖生成的第一后向瑞利散射光信號和第二后向瑞利散射光信號，可同時(shí)獲得兩個(gè)不同位置處的相位，直接進(jìn)行差分即能夠獲得差分相位。且能夠消除激光器帶來的頻率噪聲值，以提高系統(tǒng)的信噪比。

2、在一些實(shí)施例中，提供了一種相位解調(diào)方法，相位解調(diào)方法應(yīng)用于相位解調(diào)系統(tǒng)，相位解調(diào)系統(tǒng)包括相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)，相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)輸出同一光脈沖產(chǎn)生的第一后向瑞利散射光信號和第二后向瑞利散射光信號，第一后向瑞利散射光信號的生成時(shí)間為第一時(shí)間，第二后向瑞利散射光的信號的生成時(shí)間為第二時(shí)間，第一時(shí)間和第二時(shí)間之間具有第一時(shí)間間隔；相位解調(diào)方法包括：獲取第一拍頻信號對應(yīng)的第一離散信號和第二拍頻信號對應(yīng)的第二離散信號；第一拍頻信號是由第一后向瑞利散射光信號和本振光信號之間干涉產(chǎn)生，第二拍頻信號是由第二后向瑞利散射光的信號和本振光信號之間干涉產(chǎn)生；基于相位解調(diào)算法、第一離散信號和第二離散信號，確定第一參數(shù)和第二參數(shù)；基于第一參數(shù)和第二參數(shù)，計(jì)算相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)的差分相位。

3、采用本技術(shù)實(shí)施例提供的相位解調(diào)方法，通過相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)輸出的具有第一時(shí)間間隔的第一離散信號和第二離散信號，從而根據(jù)第一離散信號和第二離散信號能夠直接解調(diào)出相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)中兩個(gè)不同位置之間的差分相位，減少對系統(tǒng)存儲容量的要求，提高了差分相位的解調(diào)效率。并且，在解調(diào)的過程中，能夠直接消除激光器帶來的頻率噪聲值，以提高系統(tǒng)的信噪比。

4、可選地，第一后向瑞利散射光信號如下第一公式；

5、第一公式為：

6、；

7、第二后向瑞利散射光信號如下第二公式；

8、第二公式為：

9、；

10、其中，為脈沖間隔，為光脈沖的次序，為產(chǎn)生第一后向瑞利散射光信號的過程中附加的第一相位，為產(chǎn)生第二后向瑞利散射光信號的過程中附加的第二相位，表示虛部，為時(shí)刻的第一后向瑞利散射光的第一振幅，為時(shí)刻的第二后向瑞利散射光的第二振幅，為第一頻率，為第二頻率。

11、可選地，相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)包括第一聲光調(diào)制器和第二聲光調(diào)制器；

12、第一后向瑞利散射光信號是基于第一聲光調(diào)制器調(diào)制的第一光脈沖得到的，第二后向瑞利散射光信號是基于第一聲光調(diào)制器和第二聲光調(diào)制器調(diào)制得的第二光脈沖到的；

13、，為激光光源的中心角頻率，為第一聲光調(diào)制器的移頻中心；

14、，為第二聲光調(diào)制器的移頻中心。

15、可選地，相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)還包括激光器，激光器被配置為輸出光脈沖；

16、本振光信號如下第三公式；

17、第三公式為：

18、；

19、其中，為本振光的振幅，是本振光初相位，是時(shí)刻下激光器的頻率噪聲值。

20、可選地，相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)還包括3db耦合器，相位解調(diào)系統(tǒng)還包括光電平衡探測器和數(shù)字采集卡，3db耦合器包括第一輸出端口和第二輸出端口；獲取第一拍頻信號對應(yīng)的第一離散信號和第二拍頻信號對應(yīng)的第二離散信號，包括：

21、基于3db耦合器、本振光信號、第一后向瑞利散射光信號和第二后向瑞利散射光信號，確定第一輸出端口輸出的第一光強(qiáng)和第二輸出端口輸出的第二光強(qiáng)；

22、基于光電平衡探測器，確定第一拍頻信號和第二拍頻信號對應(yīng)的總電壓信號；第一拍頻信號是提取第一光強(qiáng)和第二光強(qiáng)中中心頻率為第一中心頻率的交流信號得到的，第二拍頻信號是提取第一光強(qiáng)和第二光強(qiáng)中中心頻率為第二中心頻率的交流信號得到的；第一中心頻率為，第二中心頻率為；

23、基于數(shù)字采集卡，采集總電壓信號對應(yīng)的總離散信號；

24、基于總離散信號，確定第一離散信號和第二離散信號。

25、可選地，總離散信號包括具有第一中心頻率的第一初始電壓信號和具有第二中心頻率的第二初始電壓信號；基于總離散信號，確定第一離散信號和第二離散信號，包括：

26、基于帶通濾波技術(shù)、第一中心頻率和第二中心頻率，分別提取總離散信號中的第一初始電壓信號和第二初始電壓信號；

27、基于混頻技術(shù)、低通濾波技術(shù)、第一初始電壓信號和第二初始電壓信號，確定第一電壓子信號、第二電壓子信號、第三電壓子信號和第四電壓子信號；第一離散信號包括第一電壓子信號和第二電壓子信號，第二離散信號包括第三電壓子信號和第四電壓子信號；第一電壓子信號是由第一初始電壓信號與混頻、低通濾波后得到的；第二電壓子信號是由第一初始電壓信號與混頻、低通濾波后得到的；第三電壓子信號是由第二初始電壓信號與混頻、低通濾波后得到的；第四電壓子信號是由第二初始電壓信號與混頻、低通濾波后得到的。

28、可選地，基于相位解調(diào)算法、第一離散信號和第二離散信號，確定第一參數(shù)和第二參數(shù)，包括：

29、歸一化第一電壓子信號、第二電壓子信號、第三電壓子信號和第四電壓子信號，確定第一歸一化信號、第二歸一化信號、第三歸一化信號和第四歸一化信號；第一電壓子信號對應(yīng)于第一歸一化信號，第二電壓子信號對應(yīng)于第二歸一化信號，第三電壓子信號對應(yīng)于第三歸一化信號，第四電壓子信號對應(yīng)于第四歸一化信號；

30、基于第一歸一化信號、第二歸一化信號、第三歸一化信號和第四歸一化信號，按照如下第四公式計(jì)算第一參數(shù)，按照如下第五公式計(jì)算第二參數(shù)；

31、第四公式為：

32、；

33、第五公式為：

34、；

35、其中，，為光速，為光頻率為的光在傳感光纖中的折射率，為第一時(shí)間間隔。

36、可選地，基于第一參數(shù)和第二參數(shù)，計(jì)算相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)的差分相位，包括：

37、基于第一參數(shù)和第二參數(shù)，按照如下第六公式，計(jì)算相位微分；

38、積分還原相位微分，得到相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)的差分相位；

39、第六公式為：

40、?。

41、可選地，基于第一參數(shù)和第二參數(shù)，計(jì)算相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)的差分相位，包括：

42、基于第一參數(shù)和第二參數(shù)，按照如下第七公式計(jì)算正切參數(shù)；

43、按照如下第八公式，計(jì)算相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)的差分相位；

44、第七公式為：

45、?；

46、第八公式為：

47、?；

48、其中，為第三參數(shù)，第三參數(shù)是通過解卷繞算法確定的。在一些實(shí)施例中，提供了一種相位解調(diào)系統(tǒng)，包括：相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理模塊；相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)被配置為輸出同一光脈沖產(chǎn)生的第一后向瑞利散射光信號和第二后向瑞利散射光信號，第一后向瑞利散射光信號的生成時(shí)間為第一時(shí)間，第二后向瑞利散射光的信號的生成時(shí)間為第二時(shí)間，第一時(shí)間和第二時(shí)間之間具有第一時(shí)間間隔；數(shù)據(jù)處理模塊與相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)通訊連接；數(shù)據(jù)處理模塊被配置為獲取第一拍頻信號對應(yīng)的第一離散信號和第二拍頻信號對應(yīng)的第二離散信號；第一拍頻信號是由第一后向瑞利散射光信號和本振光信號之間干涉產(chǎn)生，第二拍頻信號是由第二后向瑞利散射光的信號和本振光信號之間干涉產(chǎn)生；基于相位解調(diào)算法、第一離散信號和第二離散信號，確定第一參數(shù)和第二參數(shù)；基于第一參數(shù)和第二參數(shù)，計(jì)算相位敏感型光時(shí)域反射光纖傳感系統(tǒng)的差分相位。

49、可以理解地，上述提供的相位解調(diào)系統(tǒng)提供的技術(shù)方案所能達(dá)到的有益效果，可參考相位解調(diào)方法及其任一種可選的實(shí)施方式中的有益效果，此處不再贅述。