输入偏振态控制的光纤传感器复用系统的研究

提出了在干涉型光纤传感器复用系统中将各传感器的最佳输入偏振态反馈控制信息叠加用于复用系统最佳输入偏振态控制的方案,并对复用系统中各单元最佳输入偏振态的较差分布时的控制效果进行了理论分析。对达到这一较差分布的概率进行了计算。研究表明,该方案简单可行。经过信号处理能使各个光纤传感器在降低信噪比的情况下使干涉仪的输出信号的可见度为1,人而消除了复用系统中各单元的偏振衰落。     

干涉型光纤传感器输入偏振态反馈控制的分析研究

光纤干涉仪中的偏振态保持或控制技术是干涉型光纤传感器研究中极为重要的一个问题.特别当干涉光的两臂中的偏振态正交时,干涉仪输出的干涉信号为零,这时传感信号将完全消失.这原则上可以采用保偏光纤技术解决,但目前保偏光纤和保偏光纤耦合器成本高、技术不完善,人们对光纤水声传感器等干涉型光纤传感器中的偏振衰落问题的解决一般采用低双折射率光纤加消偏振态衰落或偏振控制的方式.经过研究分析,可以认为光纤干涉仪中的两臂偏振态的变化总体效果等同于从第一只耦合器输入光波的偏振态变化,当该输入偏振态的变化等于光纤干涉仪中两臂偏振态的反变化时,输入偏振态补偿了干涉仪中的偏振变化,因此有可能通过控制输入端光纤的偏振态达到对光纤偏振控制的目的. 对光纤干涉仪输入偏振态的反馈控制机理做了较深入的理论分析,推导出反馈系统的反馈信号与输入偏振态的关系式,建立并根据系统闭环控制物理模型,分析了光纤偏振控制器电压初始值要求及该反馈系统可能存在的稳定点,对消偏振衰落系统的设计和制作有较大的指导意义.(PD12)     

波长解调用偏振无关光纤干涉仪的研究

针对光纤激光传感器信号解调过程中,干涉仪输出干涉条纹可见度受输入光偏振态变化以及两臂单模光纤双折射效应的影响,介绍了一种简单的光纤干涉仪消除偏振衰落技术,通过在Michelson光纤干涉仪上加两个法拉第旋转镜来提高输出条纹可见度。使用琼斯矩阵法对干涉仪系统进行理论计算,证明法拉第旋转镜旋转角度在理想的45°附近时能达到很好的消偏振效果,并通过实验进行了有效地论证。     

基于马赫-曾德尔原理光纤传感器偏振态的研究

基于马赫-曾德尔原理的光纤传感器广泛应用于管道的实时监测中,分析了此类光纤传感器的输出功率随入射光偏振态及光波在长距离光纤传输中偏振态变化的影响。通过Matlab仿真研究了分布式光纤传感系统的偏振衰落,论证了光波传输中的偏振衰落现象对输出条纹的可见度产生了很大的影响。提出了一种利用动态的偏振控制系统对光波偏振态进行控制从而减少偏振衰落的方法,并且展望了改进后的分布式光纤传感器在工业管道的探测领域中具有相当广阔的前景。     

干涉型光纤传感器阵列消PIF技术的研究

针对低双折射光纤双光束干涉型传感器两臂偏振态随机变化引起的信号衰落,提出了一种新型消偏振方式,它可以在可见度略有下降的情况下,较好地消除偏振态变化引起的信号可见度的随机变化。该方案是通过相互正交的两个偏振态来补偿由于其中一个偏振态变化导致的干涉信号衰落。通过自动增益控制电路可以使传感信号稳定,能够在信噪比有所下降的情况下消除偏振衰落的影响,实现了干涉型光纤传感器的消偏振衰落。     

光纤干涉仪输入光偏振态反馈控制理论分析

具有较大非平衡长度的光纤Mach-Zehnder干涉仪解调DFB激光器传感信号时,存在着偏振衰落现象,为了解决这一问题,提出了一种对干涉仪输入光偏振态进行反馈控制的方案,论述了具有反馈控制功能的干涉仪信号解调系统,推导了反馈控制系统的控制信号与干涉仪条纹可见度之间的关系式,分析了该系统在不同光信号输入情况下的工作状况,从理论上证明了利用该系统可在一定条件下使干涉仪的条纹可见度稳定在1附近,论证了该方案消除干涉仪解调传感信号时偏振衰落现象的可行性。     

偏振态调制的偏振无关的干涉型光纤传感器

针对低双折射光纤双束干涉型传感器两壁偏振态随机变化引起的信号衰落,提出了一种新型干涉型光纤传感器的消偏振衰落方案。通过在光纤干涉仪的任何一臂加对光波偏振态适当的高频调制,在输出端高频滤波后,可以消除仪两壁偏振态的随机变化的影响,获得干涉信号可见度为0.707的稳定输出,从而实现干涉型光纤传感器的消偏振衰落。     

非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪偏振衰落及相位噪声分析

研究了非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪因两束干涉光偏振态变化引起的偏振衰落和相位噪声问题。运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论，通过详细的推导，得到非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式，分析了干涉仪可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系，提出抑制偏振衰落和相移噪声的方法。     

输入光偏振态对光纤干涉仪条纹可见度的影响

文章分析了输入光偏振态对光纤Mach2Zehnder干涉仪条纹可见度和相位的影响,并通过实验进行验证。实验中,在干涉仪一干涉臂加入PZT相位调制器,通过示波器直接观测输入光偏振态对干涉仪输出光强波形的影响,并对输出波形变化进行了理论分析,验证了输入光偏振态对干涉仪可见度、相位的影响。     

偏振态调制的消偏振衰落干涉型光纤传感器

针对低双折射光纤双束干涉型传感器两行偏振态随机变化引起的信号衰落，提出了一种新型干涉型光纤传感器的消偏振衰落方案。通过在光纤干涉仪的输出端加对光波偏振态适当的高频调制．可以使干涉信号幅度波动小于４．７ｄＢ或６．３ｄＢ（与调制信号的形式有关），通过自动增益控制电路或将输出信号除以可见度的方式，能够在信噪比有所降低的情况下消除偏振衰落的影响，实现干涉型光纤传感器的消偏振衰落。     

N元DFB激光器传感阵列解调信号偏振衰落分析

研究了非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪解调N元DFB阵列传感信号时的偏振衰落问题.运用邦加球和光纤中偏振光传输理论,利用模型的等效简化,通过详细的理论分析,得到优化控制下阵列传感信号最低可见度的下限表达式,并通过计算机仿真,验证了结果的正确性,详细分析了仿真实验的结果.     

基于电磁矢量传感器的MIMO天线阵列系统研究

将电磁矢量传感器(EVS,electromagnetic vetor sensor)信号处理法与传统MIMO信号处理有机地结合,建立了基于EVS的多天线三维信道模型。采用多重信号分类(MUSIC,multiple signal classification)算法对MIMO的达波信号方向(DOA,direction of arrival)进行空间谱估计,导出基于EVS的三维空间信道解析式,阐明了EVS信号处理与MIMO多径信道相关性的关系。与传统标量传感器阵列(SSA,scalar sensor array)MIMO天线阵列比较,EVS阵列能获取达波信号的多维极化信息,同时具有空间域和极化信号处理能力。因此可缓解空间多径信道相关性,使空间极化分量的相关性趋于零值,而且使MIMO系统性能受空间结构的影响较小。理论分析和仿真结果表明在提高MIMO天线系统性能上,基于EVS阵列的系统比SSA系统具有更高的优越性。     

Polarization-induced fading in fiber-optic sensor arrays

The statistics of polarization-induced visibility fading is studied for fiber-optic interferometric (Michelson or Mach-Zehnder) sensor arrays made of either regular single-mode fibers or polarization-maintaining fibers. Performance is measured in terms of the probability to observe visibilities, all of which exceed a given value, for all members of the array. Very poor performance is obtained for arrays made of nonpolarization maintaining fibers, unless the input state of polarization is dynamically controlled to optimize the visibility of the worst sensor of the array. While the use of the more costly polarization-maintaining fibers could, in principle, solve this polarization-related fading problem, finite extinction ratios of couplers and splices make the performance of such arrays comparable to that of nonpolarization maintaining arrays with optimally controlled input-polarization     

四元数域干扰加噪声协方差矩阵重构鲁棒自适应波束形成

基于电磁矢量传感器阵列的四元数Capon波束形成器较传统的复数域Capon波束形成器有更好的性能。但是该方法在存在指向误差和极化失配的情况下性能急剧下降,甚至会出现信号相消现象。本文将协方差矩阵重构方法推广于四元数Capon波束形成中,通过利用Q-Capon的极化-角度谱估计得到干扰和噪声的功率来对干扰加噪声协方差矩阵进行重构,避免了对角加载方法中对对角加载因子的求解,而且能够有效克服指向误差与极化失配带来的性能下降。计算机仿真表明,该方法相较于其他四元数域的方法有着更好的性能。      

基于阵列天线和稀疏贝叶斯学习的室内定位方法

由于多径和非同源等因素的影响,传统基于蓝牙信号强度的室内定位方法的性能精度和稳定性都不高。针对基于蓝牙信号的复杂室内环境定位问题,该文提出基于低成本阵列天线的室内定位方法,该方法利用单通道轮采极化敏感阵列天线对蓝牙信号进行采样,然后结合暗室测量获得的准确阵列流形和极化快收敛稀疏贝叶斯学习(P-FCSBL)算法实现信源的角度估计,最后通过角度实现定位。该方法充分利用极化信息和角度信息来实现目标和多径信号的分离,同时对单信源的同时采样保证了估计的稳定性。最后通过实测数据处理验证了该方法的有效性。     

电磁矢量阵列的四元数Toeplitz矩阵重构算法

对于电磁矢量阵列的相干信源波达方向估计,针对空间平滑算法解相干时减少阵列有效孔径的问题,提出了一种四元数Toeplitz矩阵重构算法。首先,根据四元数的正交特性建立了信号接收模型,很好地保持了电磁矢量阵列的阵元输出信号两分量间的正交性,同时保证了波达方向角信息和极化信息都能包含在重构矩阵中;然后,在阵列各阵元接收数据与参考阵元接收数据的相关函数基础上,构成Hermitian Toeplitz矩阵,从而实现解相干。该算法与空间平滑算法相比增加了相干信源估计个数,且在低信噪比和入射角度接近时具有更好的估计性能,通过仿真实验得到了验证。     

Uni-vector-sensor ESPRIT for multisource azimuth, elevation, andpolarization estimation

This paper introduces a novel eigenstructure-based algorithm uni-vector-sensor ESPRIT that yields closed-form direction-of-arrival (DOA) estimates and polarization estimates using one electromagnetic vector sensor. A vector sensor is composed of six spatially co-located nonisotropic polarization-sensitive antennas, measuring all six electromagnetic field components of the incident wave field. Uni-vector-sensor ESPRIT is based on a matrix-pencil pair of temporally displaced data sets collected from a single electromagnetic vector sensor. The closed-form parameter estimates are obtained through a vector cross-product operation on each decoupled signal-subspace eigenvector of the data correlation matrix. This method exploits the electromagnetic sources' polarization diversity in addition to their spatial diversity, requires no a priori knowledge of signal frequencies, suffers no frequency-DOA ambiguity, pairs automatically the x-axis direction cosines with the y-axis direction cosines, eliminates array interelement calibration, can resolve up to five completely polarized uncorrelated monochromatic sources from near field or far field. It impressively out-performs an array of spatially displaced identically polarized antennas of comparable array-manifold size and computational load