基于微波光子技术的干涉型光纤水听器臂长差测量研究

发布时间：2017-05-01 19:06

  本文关键词：基于微波光子技术的干涉型光纤水听器臂长差测量研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类对海洋的研究不断深入,新的声呐传感器不断出现,光纤水听器以其优异的性能得到了各方的青睐。作为一种干涉型光纤传感器,光纤水听器的两臂光纤长度差对系统性能起着至关重要的作用。当前还没有一种方便使用的方法测量光纤水听器的臂长差。本文就是围绕光纤水听器臂长差测量方法展开研究。本文首先介绍了微波光子技术和光纤水听器的发展历程以及它们的出现推动了当代通信技术和传感测量技术快速的发展。然后介绍了光纤水听器的基本结构,以及工作原理。通过查阅文献研究了现有几种干涉型光纤传感器的臂长差测量方法,分析它们的优点和缺点,得到现有的方案不能有效解决当前的问题。然后从光纤长度测量技术入手分析了OTDR、OFDR、OCDR这几种技术的测量原理。最后提出了基于微波光子技术的臂长差测量方案。本文先对基于激光内调制的PGC系统参数估计方案、基于OFDR的光纤水听器臂长差测量方案和基于微波光子技术的臂长差测量方案这3种方案进行理论分析和数学建模,并进行基于微波光子技术的臂长差测量方案的数值仿真。定量分析了输入微波信号信噪比、MZM调制器工作点偏移、水听器两臂光功率不均匀等因素对系统性能的影响。为实际系统设计确定了参数指标。根据理论分析和仿真结果,设计了各个光路模块和电路模块,搭建了一套基于微波光子技术的臂长差测量系统。最后对设计好的臂长差测量系统进行了实验测试,并和当前LUNA公司生产的仪器OBR4400进行对比。使用这两种设备同时测量8只水听器,两者测量结果偏差在0.01%以内,证明这个方法能有效测出臂长差。这种方法测量均方误差达到了35μm(@10cm-60m),和OBR4400相近。此外,对这套系统进行了误差分析,在理论层面上得到了该套系统的最大随机误差,并指出了影响误差大小的因素,为后续系统设计精度提高提供了指导。
【关键词】：光纤水听器 干涉仪 微波光子技术 光纤长度测量 OFDR
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB565.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 微波光子技术简介12-13
• 1.2 光纤水听器技术概述13-14
• 1.3 常见的光干涉仪臂长差测量方法14-19
• 1.4 论文研究内容和组织构架19-21
• 第2章 光纤水听器臂长差测量方法研究21-29
• 2.1 基于激光内调制的PGC系统参数估计法21-24
• 2.2 基于OFDR的光纤水听器臂长差测量方法24-26
• 2.3 基于微波光子技术的臂长差测量系统方案26-29
• 第3章 基于微波光子技术的臂长差测量系统设计与仿真29-41
• 3.1 系统工作在理想状态下的数值仿真29-32
• 3.1.1 特定臂长差为光纤水听器数值仿真30-32
• 3.2 系统工作在非理想状态的数值仿真32-39
• 3.2.1 输入射频调制信号含有噪声以及幅度较大33-36
• 3.2.2 MZM调制器工作点发生漂移36-38
• 3.2.3 光纤水听器两臂光强不平衡38-39
• 3.3 本章小结39-41
• 第4章 基于微波光子技术的臂长差测量系统硬件设计41-51
• 4.1 激光源设计41-42
• 4.2 MZM偏置稳定电路设计42-44
• 4.3 微波信号源设计44-47
• 4.4 滤波及信号采集电路设计47-51
• 第5章 臂长差测量实验51-64
• 5.1 实验准备52-53
• 5.2 测量准确度实验53-60
• 5.3 多个水听器级联测量实验60-61
• 5.4 测量稳定性实验61-62
• 5.5 测量误差分析62-64
• 第6章 总结与展望64-67
• 参考文献67-71
• 作者简历71

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