用于高速分布式声学传感的频率复用Barker编码Φ-OTDR技术

《IEEE Photonics Journal》：Frequency-Multiplexed Barker-Coded Φ-OTDR for High-Speed Distributed Acoustic Sensing

　　

摘要：

脉冲预编码Φ-OTDR已被广泛用于提高信号噪声比（SNR），从而增强扰动的恢复能力，但会降低询问频率。本文提出了一种新的频率复用Barker编码Φ-OTDR方案，旨在提高询问速度和相位解调的准确性，同时降低系统复杂性。该方案使用具有不同射频偏移的双声光调制器（AOM），这些调制器由单极Barker序列驱动，以实现并行询问，从而支持外差相干检测，并无需IQ调制。与传统Golay互补编码相比，该方案在相同的时钟频率下可将询问重复率提高四倍。从10 Hz到5 kHz的宽带线性啁啾仿真结果表明，其动态频率范围得到扩展，Barker编码响应的相位准确性更高，并且产生的短时傅里叶变换（STFT）峰值更加锐利、均匀。随后通过相位恢复SNR作为主要指标评估了解码性能。对于1 kHz的正弦相位扰动，在2 km光纤中的峰值偏移约为1 rad的情况下，多次仿真平均后，与Golay编码相比，SNR提高了约4.1 dB。此外，对不同Barker编码长度的参数研究表明，增加编码长度可以提高相位稳定性，并在扰动位置获得更大的相位偏移，这证实了相关增益在提高相位恢复准确性方面的作用。在10 km光纤的场景中，重复仿真结果表明，对于1 kHz的正弦相位扰动，Barker编码方案的SNR比单脉冲询问提高了约4 dB。所提出的方法与现有的衰落抑制和降噪技术完全兼容，因此具有很好的应用前景...

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