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APD检测Golay编码BOTDR系统的建模分析与优化设计

李永倩 王文平 李晓娟 范寒柏

李永倩, 王文平, 李晓娟, 范寒柏. APD检测Golay编码BOTDR系统的建模分析与优化设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1122002-1122002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1122002
引用本文: 李永倩, 王文平, 李晓娟, 范寒柏. APD检测Golay编码BOTDR系统的建模分析与优化设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1122002-1122002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1122002
Li Yongqian, Wang Wenping, Li Xiaojuan, Fan Hanbai. Modeling analysis and optimization design of a Golay coding Brillouin Optical Time Domain Reflectometer system with APD detector[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(11): 1122002-1122002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1122002
Citation: Li Yongqian, Wang Wenping, Li Xiaojuan, Fan Hanbai. Modeling analysis and optimization design of a Golay coding Brillouin Optical Time Domain Reflectometer system with APD detector[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(11): 1122002-1122002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1122002

APD检测Golay编码BOTDR系统的建模分析与优化设计

doi: 10.3788/IRLA201746.1122002
基金项目: 

国家自然科学基金(61377088);河北省自然科学基金(F2014502098,F2015502059);中央高校基本科研业务费专项资金(2014XS77)

详细信息
    作者简介:

    李永倩(1958-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事光通信与光传感方面的研究。Email:liyq@ncepu.edu.cn

  • 中图分类号: TN929.11

Modeling analysis and optimization design of a Golay coding Brillouin Optical Time Domain Reflectometer system with APD detector

  • 摘要: 针对传统单脉冲布里渊光时域反射系统信号微弱、性能提升受限的问题,提出了一种雪崩光电二极管(APD)检测器本地外差检测的格雷(Golay)编码布里渊光时域反射系统。分析了Golay码应用于该系统的编解码原理及系统外差检测原理,讨论了光纤受激布里渊散射阈值对编码系统平均入纤功率的限制,推导了系统信噪比的数学表达式,研究系统信噪比与APD倍增因子、编码长度的关系,分别得到了APD最佳倍增因子和系统最佳编码长度的表达式。MATLAB仿真结果表明,选用带宽为500 MHz的APD光电检测器和峰值功率50 mW、脉冲宽度100 ns的入纤脉冲时,系统APD倍增因子和编码长度均存在最佳值,系统最佳编码长度的确定不仅依赖于系统的散粒噪声和热噪声功率,还由光纤受激布里渊散射阈值共同决定。经优化计算得,该系统的APD最佳倍增因子为5,最佳编码长度为128位时,在25 km光纤末端的系统信噪比比传统单脉冲系统提高了26.42 dB,温度和应变分辨率分别达到了1.60℃和35.48。
  • [1] Kee H H, Lees G P, Newson T P. All fiber system for simultaneous interrogation of distributed strain and temperature sensing by spontaneous Brillouin scattering[J]. Optics Letters, 2000, 25(10):695-697.
    [2] Bi Weihong, Yang Xipeng, Li Jingyang, et al. Forward and backward Raman amplification of Brillouin scattering signal in Brillouin optical time domain reflectometer system[J]. Chinese Journal of Lasers, 2014, 41(12):1205007. (in Chinese)毕卫红, 杨希鹏, 李敬阳, 等. 布里渊光时域反射系统中布里渊散射信号的前向和后向拉曼放大研究[J]. 中国激光, 2014, 41(12):1205007.
    [3] Li Yongqian, Li Xiaojuan, An Qi. New method to improve the performance of Brillouin optical time domain reflectometer system[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(1):0106003. (in Chinese)李永倩, 李晓娟, 安琪. 提高布里渊光时域反射系统传感性能的方法[J]. 光学学报, 2015, 35(1):0106003.
    [4] Muanenda Y, Taki M, Nannipieri T, et al. Advanced coding techniques for long-range Raman/BOTDA distributed strain and temperature measurements[J]. J Lightwave Technol, 2015, 30(21):1-9.
    [5] Wan S P, Xiong Y H, He X D. The theoretical analysis and design of coding BOTDR system with APD detector[J]. IEEE Sens J, 2014, 14(8):2626-2632.
    [6] Sun Q, Tu X B, Sun S L, et al. Long-range BOTDA sensor over 50 km distance employing pre-pumped Simplex coding[J]. J Opt, 2016, 18(5):055501.
    [7] Liang Hao. Research of Brillouin distributed optical fiber sensor based on code pulses[D]. Nanjing:Nan jing University, 2011. (in Chinese)梁浩. 基于序列编码探测脉冲的布里渊光纤传感器的研究[D]. 南京:南京大学, 2011.
    [8] Liang Hao, Lu Yuangang, Li Cunlei, et al. Study on decoding method of correlation coded pulses based Brillouin optical time domain reflectometric system[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(10):1006002. (in Chinese)梁浩, 路元刚, 李存磊, 等. 基于相关序列脉冲的布里渊光时域反射测量系统解码方法研究[J]. 光学学报, 2011, 31(10):1006002.
    [9] Hao Yunqi, Ye Qing, Pan Zhengqing, et al. Digital coherent detection research on Brillouin optical time domain reflectometry with simplex pulse codes[J]. Chinese Physics B, 2014, 23(11):1-4.
    [10] Wan Shengpeng, Xiong Yuhua, He Xingdao. The theoretical analysis and design of coding BOTDR system with APD detector[J]. IEEE Sensors Journal, 2014, 14(8):2626-2632.
    [11] Lv Lidong, Song Yuejiang, Zhu Fan, et al. Performance limit of a multi-frequency probe based coherent optical time domain reflectometry caused by nonlinear effects[J]. Chinese Optics Letters, 2012, 10(4):040604.
    [12] Smith R G. Optical power handling capacity of low loss optical fibers as determined by stimulated Raman and Brillouin scattering[J]. Applied Optics, 1972, 11(11):2489-2494.
    [13] Maughan S M, Kee H H, Newson T P. Simultaneous distributed fiber temperature and strain sensor using microwave coherent detection of spontaneous Brillouin backscatter[J]. Measurement Science and Technology, 2001, 12(7):834-842.
  • [1] 许佳琪, 王元庆, 徐杨睿, 梁琨, 郑永超, 苏云, 张景豪.  基于布里渊散射的海洋环境激光遥感技术研究进展 . 红外与激光工程, 2021, 50(6): 20211036-1-20211036-11. doi: 10.3788/IRLA20211036
    [2] 韩旭, 王霖, 伏燕军.  双频外差结合相位编码的相位解包裹方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 913003-0913003(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0913003
    [3] 徐志钮, 胡志伟, 赵丽娟, 杨志, 陈飞飞, 李永倩, 陈永辉.  采用Voigt模型的布里渊散射谱关键特征高精度提取方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 74-81. doi: 10.3788/IRLA201746.S122004
    [4] 张颖, 柯熙政, 陈明莎.  受激布里渊散射波前畸变校正仿真实验 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1122001-1122001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1122001
    [5] 卢新然, 宋路, 万秋华, 于海, 刘小树.  基于空间位置的增量式光电编码器误差检测系统 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1017011-1017011(6). doi: 10.3788/IRLA201779.1017011
    [6] 李永倩, 杨润润, 张立欣.  采用APD检测的编码瑞利BOTDA系统性能 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 322001-0322001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0322001
    [7] 李永倩, 李晓娟, 安琪, 张立欣.  一种利用布里渊谱宽确定光纤SBS阈值的新方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 222001-0222001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0222001
    [8] 李永倩, 安琪, 李晓娟, 张立欣.  增益型受激布里渊相移谱宽范围功率特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 106001-0106001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0106001
    [9] 于海, 万秋华, 梁立辉, 王树洁.  光电编码器的动态误码检测系统 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 917002-0917002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0917002
    [10] 李旭, 彭欢, 王春辉.  星载激光测距仪APD最佳雪崩增益控制技术研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 520001-0520001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0520001
    [11] 李涛, 王宇焯, 王旭东, 冯新焕, 关柏鸥.  全新布里渊散射可切换微波光子滤波器 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 820002-0820002(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0820002
    [12] 黄琳, 王淑梅.  基于瑞利散射和布里渊散射的自调Q双包层掺镱光纤激光器研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3517-3524.
    [13] 赵丽娟, 李永倩, 徐志钮.  多模光纤布里渊散射谱及阈值理论计算 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 93-98.
    [14] 林勇, 徐智勇, 汪井源, 宋超, 王荣, 耿常锁.  雾环境下非视距散射光通信最佳链路分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 705-710.
    [15] 高业胜, 刘志明, 韩正英, 赵耀.  基于布里渊散射的保偏光纤环应力分布特性研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4056-4060.
    [16] 杨成华, 张勇, 赵远.  基于点阵照明的APD阵列外差激光雷达外差效率的提高 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3269-3275.
    [17] 黄雁华, 武文远, 龚艳春, 何苏红, 杜华月, 李霞.  基于LMS、lαβ颜色空间的最佳参考方向伪装目标偏振检测 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 633-639.
    [18] 胡姝玲, 耿伟彪, 苑丹丹, 刘宏海, 马静.  相位调制光外差稳频信号检测技术 . 红外与激光工程, 2013, 42(1): 233-238.
    [19] 王国松.  受激布里渊散射位相共轭激光器自调Q机理研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1437-1442.
    [20] 孙树红, 梁立辉, 万秋华.  基于DSP的光电编码器自动检测系统 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2536-2539.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-10
  • 修回日期:  2017-04-20
  • 刊出日期:  2017-11-25

APD检测Golay编码BOTDR系统的建模分析与优化设计

doi: 10.3788/IRLA201746.1122002
    作者简介:

    李永倩(1958-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事光通信与光传感方面的研究。Email:liyq@ncepu.edu.cn

基金项目:

国家自然科学基金(61377088);河北省自然科学基金(F2014502098,F2015502059);中央高校基本科研业务费专项资金(2014XS77)

  • 中图分类号: TN929.11

摘要: 针对传统单脉冲布里渊光时域反射系统信号微弱、性能提升受限的问题,提出了一种雪崩光电二极管(APD)检测器本地外差检测的格雷(Golay)编码布里渊光时域反射系统。分析了Golay码应用于该系统的编解码原理及系统外差检测原理,讨论了光纤受激布里渊散射阈值对编码系统平均入纤功率的限制,推导了系统信噪比的数学表达式,研究系统信噪比与APD倍增因子、编码长度的关系,分别得到了APD最佳倍增因子和系统最佳编码长度的表达式。MATLAB仿真结果表明,选用带宽为500 MHz的APD光电检测器和峰值功率50 mW、脉冲宽度100 ns的入纤脉冲时,系统APD倍增因子和编码长度均存在最佳值,系统最佳编码长度的确定不仅依赖于系统的散粒噪声和热噪声功率,还由光纤受激布里渊散射阈值共同决定。经优化计算得,该系统的APD最佳倍增因子为5,最佳编码长度为128位时,在25 km光纤末端的系统信噪比比传统单脉冲系统提高了26.42 dB,温度和应变分辨率分别达到了1.60℃和35.48。

English Abstract

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