CN102628698A - 分布式光纤传感器及信息解调方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式光纤传感器及其信息解调方法，该光纤传感器的结构包括光源，光纤耦合器，声光调制器，声光调制器驱动电源，环形器，平衡探测器，数据采集卡和计算机。所述的光源是光纤激光器，线宽在KHz量级。平衡探测器将接收到的瑞利散射光信号与本地光的拍频信号转化为电流信号，通过数据采集卡转化为数字信号，在计算机中进行数字信号处理。本发明采用数字相干检测技术来接收相位敏感光时域反射计的瑞利信号，解调出了瑞利信号的相位和幅度，实现了对扰动信息的位置，频率，强度的同时探测。

Description

分布式光纤传感器及信息解调方法

技术领域

本发明涉及光纤传感器，特别是一种分布式光纤传感器及信息解调方法。

背景技术

相位敏感光时域反射计(简称为φ-OTDR)是一种新型的分布式光纤传感器，在对沿光纤线路范围内的入侵进行远程和实时动态的安全监测方面具有传统的传感器所不能替代的优势。φ-OTDR采用窄线宽和极小频率漂移的激光器作为光源，通过探测脉冲宽度区域内后向瑞利散射光的干涉信号而获得扰动信号，并通过回波时间对事件定位。基于φ-OTDR的分布式光纤传感不仅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高等特点，而且具有隐蔽性好、定位精度高、数据处理简单等优点，特别适合于天然气、石油管道等安全监控和民用设施如桥梁、大型建筑等土木工程的健康监控。

目前，基于φ-OTDR的分布式入侵传感系统的传感距离已经达到19千米，空间分辨率为5米的精度(在先技术[1]：“Field test of a distributed fiber-optic intrusion sensorsystem for long perimeters”，Appl.Opt.46，1968-1971，2007)。然而已经报道的这类系统多采用的直接探测的方法，只能定性测量发生扰动的位置，无法定量测量扰动的频率，强度等信息。基于直接检测的

-OTDR技术虽然可以实现分布式的入侵位置探测的目的，但是却无法测量伴随入侵的频率信息和强度信息，因而只能发现入侵，却无法有效识别不同性质的入侵者，因此应用环境受限制。

发明内容

针对以上技术的局限性，本发明的目的在于提供一种分布式光纤传感器及信息解调方法，该装置不仅实现了分布式的入侵位置探测，而且通过对返回光电探测器的瑞利信号的相位和幅度解调，可获得入侵者的频率信息和强度信息。

本发明的技术解决方案如下：

一种分布式光纤传感器，特点在于其构成结构包括：线宽为KHz量级的光纤激光器、第一光纤耦合器、声光调制器、声光调制器驱动电源、环形器、传感光纤、第二光纤耦合器、平衡探测器、数据采集卡和计算机，上述部件的位置关系如下：

通过光纤将所述的光纤激光器的输出端与第一光纤耦合器的输入端连接，第一光纤耦合器的第一输出端口与声光调制器的光输入端连接，该声光调制器的光输出端口接环形器的第一端口，该环形器的第二端口接所述的传感光纤，该环形器的第三端口接第二光纤耦合器的第一输入端，所述的第一光纤耦合器的第二输出端口接所述的第二光纤耦合器的第二输入端，该第二光纤耦合器的第一输出端和第二输出端分别接所述的平衡探测器第一输入端、第二输入端，该平衡探测器的输出端经数据采集卡与所述的计算机的输入端相连，所述的声光调制器的调制端接声光调制器驱动电源。

所述的第一光纤耦合器为1∶99的光纤耦合器，该耦合器起到分光的作用，将光源发出的连续光分成两路，99％的光作为种子光，1％的光作为本地光。

利用权上述的光纤传感器进行入侵探测的信息解调方法，其特点在于该方法的步骤如下：

1)启动：

启动光纤传感器，由光纤激光器发出的连续光经过第一光纤耦合器分光后，种子光进入声光调制器，被移频后斩波成为重复频率为R，脉宽为L的光脉冲，一次探测中，声光调制器共发出m个脉冲，光脉冲经过环形器依次注入到传感光纤中；

2)相干检测：

光脉冲在传感光纤中传播时将引起后向的瑞利散射光，一个脉冲所产生的瑞利散射光在t时刻从环形器的第三端口输出，表示为：

$E_R{e}^{j((\mathrm{\ω}+\mathrm{\Δ\ω})t+{\mathrm{\Φ}}_R\left(t\right))}$

其中：E_R是瑞利散射光的强度，ω是注入传感光纤中的光脉冲的频率，Δω是声光调制器引入的频移，Φ_R(t)是瑞利散射光的相位，该瑞利散射光由第二光纤耦合器的第一输入端口输入；

用于相干检测的本地光表示为由光源发出，经过第一光纤耦合器分光后，由第三端口输出，表示为：

$E_{\mathrm{LO}}{e}^{j(\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{LO}}\left(t\right))}$

其中：ω是本地光的频率，Φ_LO(t)是本地光的初相位，本地光由第二光纤耦合器的第二输入端口输入，所述的瑞利散射光和本地光在第二光纤耦合器中发生拍频，该拍频光信号输入到所述的平衡探测器的第一端口为：

P_1a(t)＝|E_R|²+|E_LO|²+2E_RE_LO cos(Δωt+Φ(t))

从第二光纤耦合器的第二输出端口输入所述的平衡探测器的第二端口的信号为：

P_1b(t)＝|E_R|²+|E_LO|²-2E_RE_LO cos(Δωt+Φ(t))

式中：Φ(t)＝Φ_LO(t)-Φ_R(t)。

所述的平衡探测器将P_1a(t)，P_1b(t)的差值转换为电信号，从输出端输出，表示为：

ΔP(t)＝4E_RE_LO cos(Δωt+Φ(t))；

3)数模转换：

所述的电信号ΔP(t)经数据采集卡转换为数字信号A_i(n)，送入计算机中进行处理，所述的A_i(n)的形式如下：

A_i(n)＝4E_R EL_O cos(Δωn+Φ(n))

A_i(n)的长度为其中l表示传感光纤的长度，S表示数据采集卡的采样率，v表示光纤中的光速；

4)幅度和相位解调：

所述的数字信号A_i(n)在计算机中进行幅度和相位解调：

4.1)软件正交混频：

计算机首先产生一个标准信号S(n)，具有如下形式：

S(n)与A_i(n)长度相同；将S(n)与A_i(n)相乘，得到B_i(n)：

B_i(n)＝E_RE_LOe^{j(2Δωn+Φ(n))}+E_RE_LOe^jΦ(n)

4.2)低通滤波：

对B_i(n)低通滤波，得到结果B_i(n)的低频成分，记为C_i(n)

C_i(n)＝E_RE_LOe^jΦ(n)

4.3)求瑞利光信号的幅度：

利用Matlab现有的求幅度函数abs( )对C_i(n)计算瑞利信号的幅度，得到结果如下：

D_i(n)＝abs(C_i(n))＝E_RE_LO

4.4)求瑞利光信号的相位：

利用Matlab现有的求相位函数angle()对C_i(n)计算瑞利信号的相位，得到结果如下：

F_i(n)＝angle(C_i(n)＝Φ(n)

对每个光脉冲所产生的瑞利光信号，重复步骤2～4，得到m个脉冲光所产生的幅度序列和相位序列，分别记为D₁(n)，D₂(n)，……，D_m(n)和F₁(n)，F₂(n)，……，F_m(n)；

5)定位入侵位置：

对m个幅度序列相邻做差，得到m-1个幅度差值序列，差值序列记为E_i(n)，做差方法如下：

E_i(n)＝D_i(n)-D_i+1(n)，i＝1，2.....m-1；

将E₁(n)，E₂(n)，……E_m-1(n)同一坐标系下叠加显示出来，峰值出现在k点处，则对应扰动位置在处，其中l是传感光纤的长度，N是序列长度；

6)求扰动的频率和强度信息：

根据所述的扰动位置k，从m个相位序列中取出扰动位置处的相位F₁(k)，F₂(k)，……，F_m(k)，在坐标系中标出这m个点(i，F_i(k))，即横坐标是脉冲的序号，纵坐标是对应脉冲在扰动位置处的相位值，该曲线所反映的频率即为扰动的频率，曲线的峰峰值反映了扰动的强度。

经过一次测量，本装置可以得到扰动的位置，频率，及强度信息。

与同类装置相比，本发明具有如下优点：

1采用相干检测技术，由于本地光的放大作用，具有较好的信噪比，避免了EDFA等放大器件的使用。

2采用正交相位解调技术获得了瑞利散射光的振幅和相位信息，因此可以获得扰动源的位置，频率和强度信息，弥补了现有相位敏感OTDR系统只能测量扰动位置的不足。

附图说明

图1是本发明分布式光纤传感器的结构示意图。

图2是分布式光纤传感器的计算机数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明进行进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明分布式光纤传感器的结构示意图。由图可见，本发明基于相位敏感光时域反射计的光纤传感器，特征在于其构成结构包括：线宽为KHz量级的光纤激光器1、第一光纤耦合器2、声光调制器3、声光调制器驱动电源4、环形器5、传感光纤6、第二光纤耦合器7、平衡探测器8、数据采集卡9和计算机10，上述部件的位置关系如下：

通过光纤将所述的光纤激光器1的输出端与第一光纤耦合器2的输入端201连接，第一光纤耦合器2的第一输出端口202与声光调制器3的光输入端连接，该声光调制器3的光输出端口接环形器5的第一端口501，该环形器5的第二端口502接所述的传感光纤6，该环形器5的第三端口503接第二光纤耦合器7的第一输入端701，所述的第一光纤耦合器2的第二输出端口203接所述的第二光纤耦合器7的第二输入端702，该第二光纤耦合器7的第一输出端703和第二输出端704分别接所述的平衡探测器8第一输入端801、第二输入端802，该平衡探测器8的输出端经数据采集卡9与所述的计算机10的输入端相连，所述的声光调制器3的调制端接声光调制器驱动电源4。

所述的第一光纤耦合器为1∶99的光纤耦合器，该耦合器起到分光的作用，将光源发出的连续光分成两路，99％的光作为种子光，1％的光作为本地光。

实施例：

光源1为中心波长1550nm，线宽10KHz的光纤激光器，光源的作用是提供种子光和本地光，通过第一光纤耦合器2分光的办法将光源1输出的光分成两路，即一路用作种子光，进入传感光纤引起后向瑞利散射。另一路用作本地光，与散射回来的瑞利光拍频，起到相干放大的作用。

第一光纤耦合器2是一个1∶99的光纤耦合器，该耦合器起到分光的作用，也就是将光源1发出的连续光从201端口进入第一光纤耦合器2后分成两路，一路用作种子光从端口202输出，另一路用作本地光从端口203输出，种子光和本地光的功率比为1∶99。

声光调制器3带有声光调制器驱动电源模块4，声光调制器驱动电源模块4为声光调制器提供160M正弦驱动电流，声光调制器3将第一光纤耦合器2的端口202输出的连续光斩波变成脉冲光，同时使脉冲光的频率相对于输入的连续光产生了一个频移量160M。也就是将光源1输出的光经第一光纤耦合器2分成两路之后，其中用作种子光的一路输出光斩波成脉冲光。驱动电路4是使用声光调制器3必不可少的器件，驱动电路4提供的频率为160M的正弦电流信号驱动声光调制器，该驱动电流的频率为160M，就是声光调制器输出的脉冲光相对于输入声光调制器的连续光的频移量。

环形器5具有501，502，503共三个端口，其特点在于从不同端口进入的光将从不同的端口输出。也就是从501端口进入环形器的脉冲光只能从502端口输出，继而进入传感光纤，而不会从503端口输出，也不能反射回声光调制器。从传感光纤中散射回来的瑞利光经过502端口进入环形器只能从503端口输出，不能通过501端口进入到声光调制器3和声光调制器3前面的器件，也不能从502端口再次反射回传感光纤6。

第二光纤耦合器7共有四个端口701，702，703，704，第二光纤耦合器7是使本地光和从传感光纤中散射回来的瑞利光发生混频的器件。第二光纤耦合器7具有两个输入端701，702和两个输出端703，704.其中701端口连接第一光纤耦合器2的输出端203，702端口连接环形器5的503端口。两个输出端703和704分别连接到平衡探测器的上下臂。

平衡探测器8是将光信号转换成电信号的光电探测器。平衡探测器有两个输入端801，802和一个输出端803，它所输出的信号是两个输入臂的电流信号之差，也就是从第二光纤耦合器7输出的两路拍频光经过平衡探测器8后会滤掉直流成分，只剩下交流成分转换成的电信号。

数据采集卡9是对平衡探测器输出的模拟信号完成A/D转换的器件，本例中的数据采集卡采用3GHz的采样速率，对平衡探测器8输出的交流信号进行模数转换。

由光源1发出的连续光经第一段光纤201进入第一光纤耦合器2内，第一光纤耦合器将其分成1∶99的两部分，99％的光从202端口输出，1％的光从203端口输出，用作本地光。从第一耦合器1的端口202输出的光经过声光调制器3变为脉宽50ns，重复频率20KHz的脉冲光。由于声光调制器驱动电源4提供的驱动频率为160MHz。从声光调制器3出来的光脉冲经环形器5的端口501进入到环形器，从502端口输出环形器5进入传感光纤6中。脉冲光在传感光纤6中传播，引起后向的瑞利散射光。该瑞利散射光沿传感光纤6向相反方向行进经过环形器3的端口303输出，经过第二光纤耦合器7的端口702进入第二光纤耦合器7。从第一耦合器2的端口203输出的光经过第二光纤耦合器7的端口701进入第二光纤耦合器7。这两部分光在光纤耦合器7中发生混频。从第二光纤耦合器7第三端口703输出的光经过一段光纤后输入到双平衡探测器8的输入第一端口801，从第二光纤耦合器7第四端口704输出的光经过一段光纤后输入到双平衡探测器的输入第二端口802。这两部分光信号被平衡探测器8转换为电信号，但只有这两部分电信号的差值从平衡探测器8的输出端口803输出。从平衡探测器输出端口803输出的电信号经数据采集卡9以3GHz的采样速率抽样，转换为数字信号，进入计算机10，在计算机10中经过一系列的数字信号处理，得到传感信息。

在进行一次测量时，中心波长为1550nm，线宽为10KHz的光纤激光器1发出的连续光被分成本地光和种子光。种子光经过声光调制器3被移频160M，斩波成脉宽50ns，重复频率20KHz的脉冲光，共800个光脉冲经过环形器5发送到传感光纤6中。传感光纤长20Km。每一个光脉冲在行进过程中都将产生后向的瑞利散射光，直到光脉冲行进至传感光纤的尽头为止，所以一个光脉冲将产生时间持续为

的瑞利光信号。

后向散射的瑞利光经过环形器503端口输出，经702端口进入第二光纤耦合器7，在第二光纤耦合器7中与本地光拍频，拍频信号被平衡探测器8转换为电信号。由于瑞利光的频率与输入传感光纤的种子光频率相同，所以它与本地光存在160M的频率差，在平衡探测器8过滤掉拍频结果中的直流成分后，输出的交流成分频率为160M。该频率为160M的交流电信号被数据采集卡9以3GHz的采样速率转换为数字信号，因此每个脉冲所产生的瑞利信号最终将以长度为N＝2×10^-4s×3×10⁹＝6×10⁵的数字序列送入计算机10解调传感信息。

每一个脉冲都将产生一个这样的数字信号序列。

每一个脉冲产生的数字信号序列送进计算机后要依次进行的运算包括：软件正交混频，低通滤波，求幅度，求相位。当所有的800个脉冲所产生的数字序列都进行了这四步运算之后，用800个脉冲所得到的800个幅度信号序列进行时间差分，确定了扰动位置。然后，再从800个相位序列中，取出扰动位置处的800个相位值，由800个相位值确定扰动的频率和强度。

800个脉冲产生的数字信号序列为A₁(n)，A₂(n)，……，A₈₀₀(n)，当A₁(n)送入计算机时是一个具有长度N＝2×10^-4s×3×10⁹＝6×10⁵的数字序列，形式为：A₁(n)＝4E_RE_LO cos(2π×160M×n+Φ(n))，n＝1，2，3.....6×10⁵

对A₁(n)序列进行软件正交混频是将其与计算机生成的一个标准信号序列S进行点乘，该表针序列的形式为：

$S\left(n\right)=\frac{1}{4}{e}^{i(2\mathrm{\π}\×160M\×n)},n=\mathrm{1,2,3}.....6\×{10}^5$

相乘之后的结果序列B₁，具有形式：

B₁(n)＝E_R E_LOe^{i(2π×320M×n+Φ(n))}+E_R E_LO ^eiΦ(n)，n＝1，2，3.....6×10⁵用截止频率为200M的数字滤波器对B₁序列做低通滤波后，B₁序列中的频率为320M的分量被滤除，剩下低频分量，得到低频分量序列C₁(n)，C₁(n)具有的形式为：C₁(n)＝E_R E_LOe^iΦ(n)，n＝1，2，3.....6×10⁵

用求Matlab自带的求幅度函数abs()作用于C₁(n)序列，求得脉冲1产生的瑞利光的幅度序列D₁(n)，将Matlab自带的求相位函数angle函数依次作用于C₁(n)序列，求得脉冲1产生的相位序列F₁(n)。D₁(n)，F₁(n)的形式如下：

D₁(n)＝E_RE_LO，n＝1，2，3.....6×10⁵，F₁(n)＝Φ(n)，n＝1，2，3.....6×10⁵

对800个脉冲产生的数字信号序列A₁(n)，A₂(n)，……，A₈₀₀(n)依次按照上述的流程求出了幅度序列D₁(n)，D₂(n)，……，D₈₀₀(n)，F₁(n)，F₂(n)，……，F₈₀₀(n)之后就可以定位扰动位置和确定扰动所引起的相位该变量，具体实施如下：

将D₁(n)，D₂(n)，……，D₈₀₀(n)这800个幅度序列中相邻序列依次相减得到幅度差值序列E₁(n)，E₂(n)，……，E₇₉₉(n)

其中E₁(n)＝D₁(n)-D₂(n)，E₂(n)＝D₂(n)-D₃(n)，……，E₇₉₉(n)＝D₇₉₉(n)-D₈₀₀(n)

将得到的幅度差值序列E₁(n)，E₂(n)，……，E₇₉₉(n)在同一坐标系下显示出来，横坐标为序列值的序号，纵坐标为序列值，那么在这个曲线中将看到，非扰动位置的纵坐标在0附近，而扰动位置出现很大的值。若扰动位置的横坐标为300000处，则对应于实际的

处，即10Km处。

得到扰动位置后，即可以利用前面已经得到的相位序列F₁(n)，F₂(n)，……，F₈₀₀(n)来确定扰动的频率信息和造成的相位变化信息。

按照前面所确定的扰动位置序号300000，取F₁(n)，F₂(n)，……，F₈₀₀(n)这800个相位序列每个序列在300000处的值，即F₁(300000)，F₂(300000)，……，F₈₀₀(300000)在坐标系下绘制曲线。曲线的横坐标为脉冲序号1到800，纵坐标为相位值F₁(300000)，F₂(300000)，……，F₈₀₀(300000)。曲线的周期等于扰动的周期，曲线的峰峰值反映了扰动的强度。

实施例用频率为200Hz的正弦信号驱动的PZT加载在传感光纤的10Km处，从相位变化曲线中可以看到800个相位点所描出来的曲线具有8个周期，峰-峰值为5弧度，这个结果说明在10Km处有频率为200Hz的扰动，扰动的强度造成了5弧度的相位改变。

由于实施例中使用的脉冲的宽度为50ns，重复频率为20KHz，传感器系统可以达到的空间分辨率为5m，可以测量到的最高扰动频率为10KHz。

Claims (3)

1.一种分布式光纤传感器，特征在于其构成结构包括：线宽为KHz量级的光纤激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、声光调制器(3)、声光调制器驱动电源(4)、环形器(5)、传感光纤(6)、第二光纤耦合器(7)、平衡探测器(8)、数据采集卡(9)和计算机(10)，上述部件的位置关系如下：

通过光纤将所述的光纤激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)的输入端(201)连接，第一光纤耦合器(2)的第一输出端口(202)与声光调制器(3)的光输入端连接，该声光调制器(3)的光输出端口接环形器(5)的第一端口(501)，该环形器(5)的第二端口(502)接所述的传感光纤(6)，该环形器(5)的第三端口(503)接第二光纤耦合器(7)的第一输入端(701)，所述的第一光纤耦合器(2)的第二输出端口(203)接所述的第二光纤耦合器(7)的第二输入端(702)，该第二光纤耦合器(7)的第一输出端(703)和第二输出端(704)分别接所述的平衡探测器(8)第一输入端(801)、第二输入端(802)，该平衡探测器(8)的输出端经数据采集卡(9)与所述的计算机(10)的输入端相连，所述的声光调制器(3)的调制端接声光调制器驱动电源(4)。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于所述的第一光纤耦合器为1∶99的光纤耦合器，该耦合器起到分光的作用，将光源发出的连续光分成两路，99％的光作为种子光，1％的光作为本地光。

3.利用权利要求1所述的分布式光纤传感器进行入侵探测的信息解调方法，其特征在于该方法的步骤如下：

1)启动：

启动光纤传感器，由光纤激光器(1)发出的连续光经过第一光纤耦合器(2)分光后，种子光进入声光调制器(3)，被移频后斩波成为重复频率为R，脉宽为L的光脉冲，一次探测中，声光调制器共发出m个脉冲，光脉冲经过环形器(5)依次注入到传感光纤(6)中；

2)相干检测：

光脉冲在传感光纤中传播时将引起后向的瑞利散射光。一个脉冲所产生的瑞利散射光在t时刻从环形器(5)的第三端口(503)输出，表示为：

$E_R{e}^{j((\mathrm{\ω}+\mathrm{\Δ\ω})t+{\mathrm{\Φ}}_R\left(t\right))}$

其中：E_R是瑞利散射光的强度，ω是注入传感光纤中的光脉冲的频率，Δω是声光调制器引入的频移，Φ_R(t)是瑞利散射光的相位，该瑞利散射光由第二光纤耦合器(7)的第一输入端口(701)输入；

用于相干检测的本地光表示为由光源(1)发出，经过第一光纤耦合器(2)分光后，由第三端口(203)输出，表示为：

$E_{\mathrm{LO}}{e}^{j(\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{LO}}\left(t\right))}$

其中：ω是本地光的频率，Φ_LO(t)是本地光的初相位，本地光由第二光纤耦合器(7)的第二输入端口(702)输入，所述的瑞利散射光和本地光在第二光纤耦合器中发生拍频，该拍频光信号输入到所述的平衡探测器(8)的第一端口(801)为：

P_1a(t)＝|E_R|²+|E_LO|²+2E_RE_LO cos(Δωt+Φ(t))

从第二光纤耦合器(7)的第二输出端口(704)输入所述的平衡探测器(8)的第二端口(802)的信号为：

P_1b(t)＝|E_R|²+|E_LO|²-2E_RE_LO cos(Δωt+Φ(t))

式中：Φ(t)＝Φ_LO(t)-Φ_R(t)；

所述的平衡探测器(8)将P_1a(t)，P_1b(t)的差值转换为电信号，从输出端(803)输出，表示为：

ΔP(t)＝4E_RE_LO cos(Δωt+Φ(t))；

3)数模转换：

所述的电信号ΔP(t)经数据采集卡(9)转换为数字信号A_i(n)，送入计算机(10)中进行处理，所述的A_i(n)的形式如下：

A_i(n)＝4E_RE_LO cos(Δωn+Φ(n))

A_i(n)的长度为

其中l表示传感光纤的长度，S表示数据采集卡的采样率，v表示光纤中的光速；

4)幅度和相位解调：

所述的数字信号A_i(n)在计算机(10)中进行幅度和相位解调：

4.1)软件正交混频：

计算机(10)首先产生一个标准信号S(n)，具有如下形式：

S(n)与A_i(n)长度相同；将S(n)与A_i(n)相乘，得到B_i(n)：

B_i(n)＝E_RE_LOe^{j(2Δωn+Φ(n))}+E_RE_LOe^jΦ(n)

4.2)低通滤波：

对B_i(n)低通滤波，得到结果B_i(n)的低频成分，记为C_i(n)

C_i(n)＝E_RE_LOe^jΦ(n)

4.3)求瑞利光信号的幅度：

利用Matlab现有的求幅度函数abs( )对C_i(n)计算瑞利信号的幅度，得到结果如下：

D_i(n)＝abs(C_i(n))＝E_RE_LO

4.4)求瑞利光信号的相位：

利用Matlab现有的求相位函数angle()对C_i(n)计算瑞利信号的相位，得到结果如下：

F_i(n)＝angle(C_i(n)＝Φ(n)

对每个光脉冲所产生的瑞利光信号，重复步骤2～4，得到m个脉冲光所产生的幅度序列和相位序列，分别记为D₁(n)，D₂(n)，……，D_m(n)和F₁(n)，F₂(n)，……，F_m(n)；

5)定位入侵位置：

对m个幅度序列相邻做差，得到m-1个幅度差值序列，差值序列记为E_i(n)，做差方法如下：

E_i(n)＝D_i(n)-D_i+1(n)，i＝1，2.....m-1；

将E₁(n)，E₂(n)，……E_m-1(n)同一坐标系下叠加显示出来，峰值出现在k点处，则对应扰动位置在

处，其中l是传感光纤的长度，N是序列长度；

6)求扰动的频率和强度信息：

根据所述的扰动位置k，从m个相位序列中取出扰动位置处的相位F₁(k)，F₂(k)，……，F_m(k)，在坐标系中标出这m个点(i，F_i(k))，即横坐标是脉冲的序号，纵坐标是对应脉冲在扰动位置处的相位值，该曲线所反映的频率即为扰动的频率，曲线的峰峰值反映了扰动的强度。

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