【摘 要】
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光纤分布式传感网凭借其探测范围广、探测成本低、环境适应力强等优势在特高压、轨道交通、工业互联网、深地探测等领域具有广泛应用前景。其中基于外差相干探测的相位敏感光时域反射计（φ-OTDR:Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometer）型光纤分布式传感系统具有探测精度高的优势,成为主流研究方向。但是该系统中由于散射光相干相消现象会导致干涉衰落,由于
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光纤分布式传感网凭借其探测范围广、探测成本低、环境适应力强等优势在特高压、轨道交通、工业互联网、深地探测等领域具有广泛应用前景。其中基于外差相干探测的相位敏感光时域反射计（φ-OTDR:Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometer）型光纤分布式传感系统具有探测精度高的优势,成为主流研究方向。但是该系统中由于散射光相干相消现象会导致干涉衰落,由于偏振失配现象会导致偏振衰落,衰落引发的噪声会影响系统探测性能甚至导致探测盲区,在实际应用中将会导致管道漏查、入侵漏报等严重后果。因此,研究φ-OTDR型光纤分布式传感中抑制衰落噪声非常重要。本文通过分析φ-OTDR型光纤分布式传感系统中的衰落产生原因,针对干涉衰落和偏振衰落分别从光纤和解调算法上研究其解决方法,并通过实验验证了其对于相位噪声的抑制作用。论文的主要研究内容如下:（1）归纳了φ-OTDR型分布式传感系统衰落噪声抑制技术的研究现状,分析了基于相干探测解调方法中光纤链路干涉衰落和偏振衰落的形成原因,以及光纤双折射对相位噪声的影响。（2）提出了光纤分布式传感系统衰落噪声的抑制方法。针对干涉衰落,采用离散散射增强光纤消除多重散射脉冲间的干涉;针对偏振衰落,采用正交偏振分集接收方法,提出正交偏振合成算法,解决偏振失配导致的强度衰落问题;进一步,提出了光纤双折射补偿算法,降低光纤链路中静态双折射和动态双折射导致的相位噪声,抑制传感系统对偏振态变化的敏感性。（3）搭建了基于正交偏振分集接收的φ-OTDR型分布式光纤传感系统,实验验证了方案对于系统衰落噪声的抑制效果。测试结果表明,采用离散散射增强光纤能够完全消除干涉衰落;采用正交偏振合成和双折射补偿算法,能够显著抑制偏振衰落噪声,还原声波信号信噪比达到56.6 dB,相位噪声均方根保持在0.09 rad以下,在严重衰落区域的相位底噪均匀保持在3.1×10-3rad/（Hz）1/2以下,对比单偏振态解调性能提升13.4dB以上,衰落概率从21.1%降低到0.8%,且对输入光偏振态缓慢扰动和持续快速扰动均表现出优异的抗干扰特性。
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