非线性频率调制的光脉冲压缩反射技术研究

发布时间：2020-08-19 11:33

【摘要】：光时域反射仪(OTDR)被广泛应用在光纤铺设和光纤故障监测等。现有的OTDR存在着空间分辨率和测量距离的矛盾关系。光频域反射仪(OFDR)虽然空间分辨率较高,但其测量距离受限于光源的线宽,对激光器的要求较高。我们在OTDR和OFDR基础上,提出一种新的反射测量技术:光脉冲压缩反射测量技术(OPCR)。OPCR不仅有和OTDR相同的测量距离,同时也有和OFDR相比拟的空间分辨率,它能有效地解决空间分辨率和测量距离间的矛盾关系。采用线性调频脉冲的OPCR原理简单易实现,压缩后的脉冲宽度只与调频范围有关,与脉冲宽度无关,但边带影响较明显。本文提出基于非线性调频的光脉冲压缩反射技术,在已有的脉冲压缩基本理论和线性调频OPCR系统理论基础上,仿真分析了非线性调频脉冲的时间-频率特性和自相关函数特性及参数对其影响,仿真分析了非线性调频OPCR反射曲线的特性;实验分析了各个电光器件对调频脉冲信号的影响;实验验证非线性调频的OPCR系统对旁瓣抑制优于线性调频。本文主要内容包括以下几个方面:(1)理论分析理论分析和推导了非线性调频脉冲压缩和在opcr系统中的应用。首先介绍了雷达系统中调频脉冲压缩的基本原理,包括i/q解调和匹配滤波;其次,分析线性调频信号和非线性调频信号的区别;再者,分析了调频信号的自相关函数及其指标,包括:峰值旁瓣比(pslr),空间分辨率和积分旁瓣比(islr);最后,建立非线性调频opcr的系统理论模型,分析每个环节对非线性调频信号及对opcr反射曲线的影响。(2)数值仿真根据上述opcr系统的理论分析,数值仿真了不同情况下opcr曲线的性能。首先,仿真单个调频脉冲信号和其自相关函数,验证非线性调频信号自相关函数的pslr明显优于线性调频,仿真得到非线性调频信号自相关函数的pslr能达到60db,远高于线性调频的13db;其次仿真分析线性调频“加窗”和非线性调频的区别;最后,仿真分析了调频信号的opcr系统及参数alpha的影响。仿真结果表明:非线性调频opcr曲线的pslr优于线性调频,且非线性调频能改善opcr曲线的动态范围。(3)实验验证搭建了实验验证平台,主要验证上述理论推导和数值仿真的正确性。首先,我们搭建了一个“直通”系统,验证不同光电器件对非线性调频脉冲信号性能的影响。分别测试了压控振荡器(VCO),低噪放放大后和单边带调制器(SSBM)后的调频脉冲信号质量。我们还搭建了一个OPCR系统,验证了OPCR采用非线性调频技术的OPCR曲线PSLR优于线性调频。该系统能区分5.4km光纤尾端30cm的跳线两端的反射峰,且非线性调频的PSLR有显著提高;为了验证非线性调频技术能提高OPCR曲线的动态范围,我们在“反射”系统中,验证了不同alpha值对OPCR曲线动态范围的改善;最后,我们在此基础上优化了实验链路,将测量距离提高到42km,空间分辨率仍是十厘米量级。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN253

【参考文献】