布里渊散射在水下激光成像探测中的应用

水下光电成像探测是声纳技术的一种有效补充,然而水下激光成像的后向散射效应严重影响了水下光电成像探测的分辨能力与探测距离.基于激光水下传输的布里渊散射理论,分析了蓝绿激光及其布里渊散射水下传输特性,研究了基于光子晶体滤波器的布里渊散射频移检出技术,设计了同步扫描布里渊散射水下成像装置以及距离选通布里渊散射水下成像装置,以布里渊散射频移的空间分布替代场景反射光强度的空间分布进行水下成像探测,高效抑制水下激光成像后向散射噪声,提高成像探测的作用距离.布里渊散射水下激光成像探测机理的探索将为水下目标光电成像探测技术的发展开辟新的途径.     

基于布里渊散射的海洋环境激光遥感技术研究进展

布里渊激光雷达是探测海洋环境参数的重要手段之一。首先介绍了布里渊激光雷达系统的基本工作原理，然后从理论基础出发，重点介绍了三种依据布里渊散射光谱特征:布里渊频移、布里渊线宽、以及综合二者与海洋环境参数之间的耦合关系建立的反演模型；其次，作为布里渊激光雷达的关键技术，介绍了多种布里渊散射光谱的测量方法:F-P扫描干涉仪探测、边缘探测、F-P标准具- ICCD探测, 以及多边缘探测。     

基于布里渊散射探测空间目标的计算分析

提出用布里渊散射原理探测空间目标的方法。分别对大气、空间目标材料金属涂层及隐身材料的布里渊散射特性进行了计算和对比分析。结果表明,大气布里渊散射频移与目标涂层及隐身材料布里渊散射频移之间相差至少大于一个数量级,由此得出利用分析布里渊散射光谱来探测空间目标的可行性。计算了散射频移的大小,并对探测技术作了分析,采用一种窄带量子滤光系统探测装置,对散射光谱进行了精确的探测和分辨。     

基于双边缘技术的低空测风激光雷达分析

利用双边缘技术采用直接探测激光雷达探测低空(1 km以下)气溶胶的后向散射回波,改进了针对低空气溶胶散射信号的双边缘技术理论,并通过模拟灵敏度的变化曲线选取了系统对气溶胶信号响应性能最好时的Fabry-Perot标准具及激光参数.模拟估算了系统的灵敏度和测量误差,结论表明:系统的相对灵敏度在小频移时可达到7%,系统误差可小于1 m/s.     

水中布里渊散射的边缘探测方法

提出了一种测量水中布里渊散射的新方法——边缘探测技术。分析了这种方法的原理。结合布里渊散射激光雷达在海洋监测中的应用,给出了一个基于溴和碘分子吸收池的实际探测系统,并给出了系统的响应函数。最后,讨论了边缘探测技术的特点     

基于边缘探测技术的激光雷达系统设计

基于边缘探测技术的激光雷达系统中,确定分子吸收池滤波器的吸收光谱谱线,以及确定发射激光信号的中心频率,是实现激光雷达系统设计的核心问题。依据不同信道中布里渊散射的特性,仿真出碘分子吸收池在470~550 nm区间的吸收光谱,在此基础上确定激光雷达系统激光中心频率的选取和鉴频器的设计方法。以大气和海水典型信道为例,论证了该方法在基于边缘探测技术的激光雷达中的实际应用。     

基于布里渊散射的水下目标探测

用布里渊散射信号可以探测水下目标.介绍三种基于布里渊散射的水下目标探测方法:F-P扫描干涉仪探测方法、边缘探测方法、F-P标准具-ICCD探测方法,并对这三种方法进行了分析和比较.     

多波长BOTDR系统中布里渊散射谱的特征提取

根据布里渊散射谱的传输特性和高精度特征提取的 要求,理论分析了布里渊频移的波长依 赖性和多波长探测光传感时的外差检测布里渊散射谱特征,提出了利用Pseudo-Voigt基函 数和莱 文伯格-马夸尔特(L-M)优化算法对布里渊散射叠加谱进行特征提取。通过与洛伦兹、高斯 和5次多项式 曲线拟合法进行预测比较,在中心频移为11.122903GHz的单波长和多波长传感的仿真散射谱模 型中,本文所提方法的频移测量误差最小,对应的温度测量误差仅为0.047、0.000和0.112℃, 且拟合度最好。在采用多模法布里-珀罗激光器的布里渊散射谱检测系统中,Pseudo-Voig t曲线拟 合的综合评价指标优于其他3种拟合方法。仿真分析和实验结果表明,Pseudo-Voigt曲线拟 合适用于多波长传感时布里渊散射叠加谱的特征提取,可有效地提高预测精度。     

频域滤波抑制海水后向散射的带宽研究

在激光雷达探测海水水下目标的应用中,基于频域滤波的信号处理技术可以抑制海水后向散射噪声.其中接收系统中滤波器带宽的大小不仅对后向散射起到抑制作用,而且对目标信号产生抑制作用.为了确定带宽取值范围,分析了调制脉冲激光雷达探测信号水下传输模型,研究了海水后向散射信号以及目标反射信号的频域特性.通过对接收信号在频域上进行仿真,归纳出接收系统滤波器带宽的最优设计方法.该研究结果为系统达到最佳信噪比奠定理论基础.     

OPGW光缆内部光纤分布式温度测量

文章利用基于布里渊散射原理的BOTDR(布里渊光时域反射仪)技术研究了 OPGW(光纤复合架空地线)光缆内部光纤在不同环境温度条件下的布里渊频移变化特性。研究表明,同一光缆内不同光纤的布里渊散射频移的温度系数与基础频移具有微小差异,且日照区与非日照区的温度系数有比较固定的差异。     

基于边缘探测技术的激光单稳频指标分析

基于边缘探测技术的激光雷达实际应用中,激光器在工作中发射光信号的中心频率会发生漂移,激光频率的漂移过大,会直接影响边缘探测系统的测量精度。采用仿真计算的方法得到碘分子吸收滤波器在470nm~550nm范围内的吸收光谱谱线,以基于边缘探测技术的激光雷达监测大气信道和海洋水下信道环境参数为例,得到适合大气和海洋探测吸收谱线并确定发射激光信号的中心频率。通过理论分析,给出了满足探测要求的激光发射信号单稳频指标,为实际探测系统的设计奠定基础。     

基于瑞利散射的单端BOTDA系统温度特性研究

提出一种不受电光调制器传输曲线温度漂移现象影响的基于瑞利散射的单端布里渊光时域分析系统,并对系统所需的合成信号及温度特性进行分析,通过搭建单端布里渊光时域分析温度传感系统测量系统的温度特性.结果表明:通过测量布里渊增益谱获得的布里渊频移与温度呈良好的线性关系;由单端布里渊光时域分析温度测量系统获得的布里渊频移的温度系数为1.109 MHz/℃,与传统双端布里渊光时域分析系统获得的1.20 MHz/℃具有良好的一致性,在1.77 km光纤上可实现9.5m空间分辨率的温度传感测量.     

光纤布里渊温度和应变同时传感系统性能分析

采用基于朗道比的微波外差检测技术的布里渊光时域反射传感系统,获得布里渊散射信号的频移和强度,可以精确地测量沿光纤长度的分布式温度和应变信息。此方法在同一条光纤线路上分别测量光纤的布里渊散射和瑞利散射,且使用布里渊频谱扫描对信号进行处理。给出了这种传感方案的实验系统,并在理论推导的基础上对其性能进行了分析,该传感系统可以获得1℃的温度分辨率和100uε的应变分辨率。     

基于高频微波技术的分布式布里渊光纤温度传感器

提出了一种基于分布式布里渊光纤传感系统的温度快速测量方案。该方案基于外差相干检测原理,利用高速脉冲检波管对布里渊散射信号进行直接探测,从而缩短了测量时间;并结合累加平均与小波变换技术,减小了布里渊散射信号中的噪声,通过对去噪后的信号进行解调实现了长距离温度测量。实验结果表明,在24.8km的长度范围内,温度测量误差小于3℃,测量时间小于3s。     

二次多项式拟合在分布式光纤传感中的应用

基于布里渊散射的分布式光纤传感中温度和应变与布里渊频移成线性关系,为了提高温度和应变测量的准确性,提出了一种改进的二次多项式拟合算法用于提取布里渊频移。该算法分为两步:首先使用一种改进的中值滤波算法对含噪布里渊谱信号进行预处理,以提高增益峰值定位的准确性；然后截取围绕峰值左右对称的一个线宽的原始布里渊谱进行二次多项式拟合以实现布里渊频移的高精度提取。以布里渊频移误差及峰值定位准确性作为衡量指标,比较研究后确定同一频率下所有空间点对应的布里渊增益作为滤波器的输入。研究了不同扫频间隔和信噪比及不同滤波窗长下改进算法的效果,同时研究了最优窗长的选择问题。结果表明,不同信噪比和扫频间隔下改进算法均能有效提高布里渊频移提取的准确性。随窗口长度增加布里渊频移误差先减少后增加,在扫频间隔为1~10MHz、信噪比为0～40dB情况下,通用的最优窗长为53~163。     

布里渊散射谱图像的边缘特征提取方法

为有效提取布里渊分布式光纤传感系统的布里渊频移,减少数据处理时间,提出一种基于二阶Lapl aci an边缘检测算子的布里渊散射光谱图像边缘特征提取方法。将布里渊频移视为散射谱图像边缘,利用二阶Lapl aci an边缘检测算子对布里渊散射光谱图像进行锐化处理;通过非极大值抑制和自适应阈值去除无效边缘获得二值图像,并搭建布里渊光时域反射温度传感系统。实验结果表明:该方法能够准确提取频移特征,且用时远少于曲线拟合法,有利于缩短系统的温度测量时间。     

布里渊谱信号的提升方法研究

在布里渊光时域反射计(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR)光纤传感系统中,自发布里渊后向散射信号非常微弱,尤其是光纤远端的布里渊散射信号,信噪比非常差,分析难度非常高。提出了一种基于互相关理论的布里渊谱信号质量提升方法,通过与理想布里渊散射谱进行互相关运算,降低了对光纤远端极微弱布里渊散射信号应变分析的难度。经试验验证,该方法可以有效提升信噪比较差时应变分布数据的信号质量以及BOTDR的应变传感精度。