本發(fā)明主要涉及到光纖傳感及擴(kuò)頻通信，尤其一種抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器。
背景技術(shù)：
1、由于聲波是水下唯一能遠(yuǎn)距離傳播的信息載體，通過聲波獲取水下信息的水聽器成為支撐國家海洋戰(zhàn)略的重要裝備。光纖水聽器憑借其聲靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、檢測頻帶寬、耐高溫高壓、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、抗電磁干擾等諸多優(yōu)越的特性，在未來水下預(yù)警探測體系中將有著極為重要的應(yīng)用前景。
2、光纖水聲探測系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，克服了從基礎(chǔ)理論到實(shí)際應(yīng)用的一系列難題，隨著研究的深入，光纖水聽器已經(jīng)在若干領(lǐng)域進(jìn)入了應(yīng)用階段。但是在推進(jìn)實(shí)用化進(jìn)程中，起源于光學(xué)物理層面、但在實(shí)驗(yàn)室研究中被忽略的基礎(chǔ)科學(xué)問題成為工程化應(yīng)用中的新技術(shù)瓶頸，其中重要的一項(xiàng)即為光纖水聽器中的瑞利散射效應(yīng)。瑞利散射會(huì)隨著光纖傳輸距離的增大而累加，進(jìn)而引發(fā)噪聲增大、復(fù)用規(guī)模和傳輸距離受限的問題。解決這一問題的關(guān)鍵在于解決高單色性激光窄線寬和低相干的矛盾問題，傳統(tǒng)的抑制瑞利散射的方法包括改變光源相干長度或者借助環(huán)形器和隔離器增設(shè)傳輸光纖這兩種方式，但是這兩種方式所帶來的負(fù)面效應(yīng)也是很明顯的，前者會(huì)增大背景噪聲，后者會(huì)提升水聽器的復(fù)雜度并降低整體的可靠性，不太適合大范圍傳感。因此，研究一種不增加本底噪聲和系統(tǒng)復(fù)雜度，完全不產(chǎn)生負(fù)面影響的光纖水聽器瑞利散射抑制方法無疑會(huì)對整個(gè)光纖水聲探測系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、本發(fā)明提供一種抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，包括光纖光柵型光纖水聽器，所述光纖光柵型光纖水聽器包括問詢激光脈沖產(chǎn)生單元、環(huán)形器、傳感通道以及回光探測單元，所述傳感通道為由光纖光柵組成的傳感通道；
4、所述問詢激光脈沖產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生問詢激光脈沖，在所述問詢激光脈沖產(chǎn)生單元中引入偽隨機(jī)碼相位調(diào)制技術(shù)對問詢激光脈沖的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，將問詢激光脈沖的相位調(diào)制成很多個(gè)偽隨機(jī)分布的離散的相位，以降低問詢激光脈沖的自相干性，實(shí)現(xiàn)對光纖光柵型光纖水聽器瑞利散射噪聲的有效抑制；
5、所述問詢激光脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的問詢激光脈沖經(jīng)環(huán)形器輸入到傳感通道，所述傳感通道的回光經(jīng)環(huán)形器后傳輸至回光探測單元。
6、進(jìn)一步地，所述問詢激光脈沖產(chǎn)生單元包括激光光源、光纖聲光調(diào)制器和光纖相位調(diào)制器；激光光源發(fā)射出的激光經(jīng)光纖聲光調(diào)制器調(diào)制成脈沖激光，脈沖激光經(jīng)光纖相位調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)制，將問詢激光脈沖的相位調(diào)制成很多個(gè)偽隨機(jī)分布的離散相位。
7、進(jìn)一步地，所述問詢激光脈沖產(chǎn)生單元還包括光纖放大器，光纖放大器用于將脈沖激光功率放大。
8、進(jìn)一步地，所述光纖相位調(diào)制器連接有相位控制單元，所述相位控制單元包括偽隨機(jī)碼生成單元、高速任意波形發(fā)生器以及相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)，所述偽隨機(jī)碼生成單元用于生成偽隨機(jī)碼，并將生成的偽隨機(jī)碼輸入至高速任意波形發(fā)生器，由高速任意波形發(fā)生器根據(jù)偽隨機(jī)碼生成隨機(jī)分布的高低電平，隨機(jī)分布的高低電平輸入到相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)，由相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)調(diào)制光纖相位調(diào)制器，使問詢激光脈沖的相位按照高低電平分布規(guī)律進(jìn)行調(diào)制。
9、進(jìn)一步地，偽隨機(jī)碼生成單元能夠生成不同階數(shù)或者不同類型的偽隨機(jī)碼，進(jìn)而通過相位調(diào)制器將問詢激光脈沖調(diào)制成不同類型的離散分布形式。
10、進(jìn)一步地，所述偽隨機(jī)碼為一串包含0，1隨機(jī)分布的數(shù)列串，或者所述偽隨機(jī)碼為-1，1隨機(jī)分布的數(shù)列。
11、進(jìn)一步地，所述偽隨機(jī)碼為不同的m碼序列或者不同階次gold碼序列。
12、進(jìn)一步地，所述光纖光柵型光纖水聽器包括光纖匹配干涉儀，光纖匹配干涉儀連接在問詢激光脈沖產(chǎn)生單元與環(huán)形器之間的光路中，或者光纖匹配干涉儀連接在環(huán)形器與傳感通道之間的光路中，或者光纖匹配干涉儀連接在環(huán)形器與回光探測單元之間的光路中。
13、進(jìn)一步地，所述光纖匹配干涉儀包括第一光纖耦合器、第一傳輸臂、第二傳輸臂和第二光纖耦合器，輸入至光纖匹配干涉儀的激光經(jīng)第一光纖耦合器分為兩束，其中一束經(jīng)第一傳輸臂傳輸至第二光纖耦合器，另一束經(jīng)第二傳輸臂傳輸至第二光纖耦合器，第一傳輸臂和第二傳輸臂的長度不同，形成的具有一定時(shí)間間隔的兩束脈沖光經(jīng)第二光纖耦合器合束輸出。
14、進(jìn)一步地，所述傳感通道為單通道的光纖光柵型傳感通道、多個(gè)時(shí)分通道的光纖光柵型傳感通道或者多個(gè)波分通道的光纖光柵型傳感通道。
15、進(jìn)一步地，還包括偏振切換器，問詢激光脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的問詢激光脈沖經(jīng)偏振切換器后經(jīng)環(huán)形器輸入到傳輸鏈路，經(jīng)傳輸鏈路傳輸?shù)絺鞲型ǖ?，所述傳感通道的回光?jīng)環(huán)形器后傳輸至回光探測單元；
16、偏振切換器其偏振切換的頻率為聲光調(diào)制器的1/4；當(dāng)光纖耦合器輸出脈沖對的前一個(gè)脈沖完全經(jīng)過偏振切換器之后，偏振切換器改變一次偏振態(tài)，設(shè)第1個(gè)脈沖對的輸出偏振態(tài)為xx，第二個(gè)脈沖對的偏振態(tài)即為xy，第3個(gè)脈沖對的偏振態(tài)為yy，第4個(gè)脈沖對的偏振態(tài)為yx，第5個(gè)脈沖對的偏振態(tài)為xx…，以此類推，由于偏振切換器的存在，輸出到傳感通道中光纖光柵的激光脈沖對的偏振態(tài)依次是xx，xy，yy，yx，xx，xy，yy，yx，xx…每四種偏振態(tài)為一個(gè)循環(huán)，所述傳感通道的回光經(jīng)由環(huán)形器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡的脈沖對的偏振態(tài)也為xx，xy，yy，yx，xx…收集到四種偏振態(tài)的脈沖對之后采用偏振合成算法進(jìn)行解調(diào)，能夠有效解決偏振隨機(jī)擾動(dòng)帶來的信號擾動(dòng)。
17、本發(fā)明提供一種抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器,從光波的物理本質(zhì)出發(fā)，從光纖傳感和擴(kuò)頻通信技術(shù)獲取靈感，通過信號調(diào)制解調(diào)的手段實(shí)現(xiàn)對光纖水聽器瑞利散射噪聲的高效抑制，為加速推動(dòng)光纖水聽器的工程實(shí)用化進(jìn)程提供了重要的技術(shù)支撐。
18、具體地，通過將光纖相位調(diào)制器接入光纖水聽器系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)問詢激光脈沖的相位，以此改變問詢激光脈沖的自相干性，從而抑制瑞利散射對干涉信號的影響。由于問詢激光脈沖的自相關(guān)性與其本身的相位調(diào)制情況直接相關(guān)，為了使每一個(gè)脈沖序列的自相關(guān)性盡可能降到最低，本發(fā)明借鑒擴(kuò)頻通信領(lǐng)域的偽隨機(jī)碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對問詢激光脈沖相位的調(diào)節(jié)。偽隨機(jī)碼的一個(gè)重要特性就是自相干性很低，本發(fā)明引入偽隨機(jī)碼相位調(diào)制技術(shù)后能夠?qū)⒃具B續(xù)的問詢激光脈沖的相位調(diào)制成很多個(gè)偽隨機(jī)分布的離散的相位，以此降低問詢激光脈沖的自相干性。
1.抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，包括光纖光柵型光纖水聽器，所述光纖光柵型光纖水聽器包括問詢激光脈沖產(chǎn)生單元、環(huán)形器、傳感通道以及回光探測單元，所述傳感通道為由光纖光柵組成的傳感通道；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，所述問詢激光脈沖產(chǎn)生單元包括激光光源、光纖聲光調(diào)制器和光纖相位調(diào)制器；激光光源發(fā)射出的激光經(jīng)光纖聲光調(diào)制器調(diào)制成脈沖激光，脈沖激光經(jīng)光纖相位調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)制，將問詢激光脈沖的相位調(diào)制成很多個(gè)偽隨機(jī)分布的離散相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，所述問詢激光脈沖產(chǎn)生單元還包括光纖放大器，光纖放大器用于將脈沖激光功率放大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，所述光纖相位調(diào)制器連接有相位控制單元，所述相位控制單元包括偽隨機(jī)碼生成單元、高速任意波形發(fā)生器以及相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)，所述偽隨機(jī)碼生成單元用于生成偽隨機(jī)碼，并將生成的偽隨機(jī)碼輸入至高速任意波形發(fā)生器，由高速任意波形發(fā)生器根據(jù)偽隨機(jī)碼生成隨機(jī)分布的高低電平，隨機(jī)分布的高低電平輸入到相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)，由相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)調(diào)制光纖相位調(diào)制器，使問詢激光脈沖的相位按照高低電平分布規(guī)律進(jìn)行調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，偽隨機(jī)碼生成單元能夠生成不同階數(shù)或者不同類型的偽隨機(jī)碼，進(jìn)而通過相位調(diào)制器將問詢激光脈沖調(diào)制成不同類型的離散分布形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，所述偽隨機(jī)碼為一串包含0，1隨機(jī)分布的數(shù)列串，或者所述偽隨機(jī)碼為-1，1隨機(jī)分布的數(shù)列。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，所述偽隨機(jī)碼為不同的m碼序列或者不同階次gold碼序列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5或6或7所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，所述光纖光柵型光纖水聽器包括光纖匹配干涉儀，光纖匹配干涉儀連接在問詢激光脈沖產(chǎn)生單元與環(huán)形器之間的光路中，或者光纖匹配干涉儀連接在環(huán)形器與傳感通道之間的光路中，或者光纖匹配干涉儀連接在環(huán)形器與回光探測單元之間的光路中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，所述光纖匹配干涉儀包括第一光纖耦合器、第一傳輸臂、第二傳輸臂和第二光纖耦合器，輸入至光纖匹配干涉儀的激光經(jīng)第一光纖耦合器分為兩束，其中一束經(jīng)第一傳輸臂傳輸至第二光纖耦合器，另一束經(jīng)第二傳輸臂傳輸至第二光纖耦合器，第一傳輸臂和第二傳輸臂的長度不同，形成的具有一定時(shí)間間隔的兩束脈沖光經(jīng)第二光纖耦合器合束輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5或6或7或9所述的抑制瑞利散射的光纖光柵型光纖水聽器，其特征在于，還包括偏振切換器，問詢激光脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的問詢激光脈沖經(jīng)偏振切換器后經(jīng)環(huán)形器輸入到傳輸鏈路，經(jīng)傳輸鏈路傳輸?shù)絺鞲型ǖ?，所述傳感通道的回光?jīng)環(huán)形器后傳輸至回光探測單元；