CN108981890A - 基于多载波非线性调频的分布式振动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其窄线宽激光器将本振光信号传输给第一耦合器，第一耦合器将本振光信号传输给光调制单元，光调制单元将本振光信号调制成多载波非线性调频光信号，光放大器对多载波非线性调频光信号进行放大，带通光滤波器对放大后的多载波非线性调频光信号进行带通滤波，带通滤波后的多载波非线性调频光信号传输给传感光纤；传感光纤基于瑞利散射效应，产生与多载波非线性调频光信号对应的多路瑞利散射光信号，第一光电探测器将第一耦合器提供的本振光信号和多路瑞利散射光信号转换为第一电信号，根据第一电信号对传感光纤上各个振动点的振动信息进行测量。本发明可以提高振动传感的空间分辨率和抗衰落性能。

Description

基于多载波非线性调频的分布式振动传感器

技术领域

本发明属于振动检测领域，具体涉及一种基于多载波非线性调频的分布式振动传感器。

背景技术

在大型建筑结构、航空航天、石油化工、电力系统等重大工程和基础设施的健康监测和诊断中，光纤传感技术因其敏感元件小巧、高耐久、绝对测量及分布式监测等特性，有逐步取代电类传感器成为传感健康监测首选敏感元件的趋势。其中，使用光纤对长距离范围内的振动分布式监测的技术研究及应用在不断深入。

现有技术中，目前实现长距离分布式振动传感的方案主要依赖于在传感光纤中进行光放大，以弥补光纤传输损耗引起的泵浦光和散射光的衰减，但在拓展系统传感距离的同时丧失了分布式振动传感单端注入的优良特性，引入大量的噪声干扰，难以实现长距离分布式振动信号的相位解调。分布式振动传感系统在传感距离、空间分辨率、相位解调及抗衰落等方面问题难以在同一分布式振动传感系统中得到兼顾。

发明内容

本发明提供一种基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，以解决目前长距离分布式振动传感器存在的空间分辨率较低、抗衰落性能较差的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，包括窄线宽激光器、第一耦合器、光调制单元、光放大器、带通光滤波器、环形器、传感光纤、第二耦合器、第一光电探测器和采集卡，其中所述窄线宽激光器将本振光信号传输给所述第一耦合器，所述第一耦合器将对应比例的本振光信号传输给所述光调制单元，所述光调制单元将所述本振光信号调制成多载波非线性调频光信号，所述光放大器对所述多载波非线性调频光信号进行放大，所述带通光滤波器对放大后的多载波非线性调频光信号进行带通滤波，带通滤波后的多载波非线性调频光信号通过环形器传输给所述传感光纤；

所述传感光纤基于瑞利散射效应，产生与多载波非线性调频光信号对应的多路瑞利散射光信号，各路瑞利散射光信号通过环形器传输给第二耦合器，所述第二耦合器将瑞利散射光信号与所述第一耦合器提供的对应比例的本振光信号进行耦合，所述第一光电探测器将耦合后的本振光信号和瑞利散射光信号转换为第一电信号，所述采集卡对所述第一电信号进行采集，根据采集到的第一电信号对传感光纤上各个振动点的振动信息进行测量。

在一种可选的实现方式中，所述光调制单元包括多载波调制器和频率调制器，所述多载波调制器与频率调制器串联，且两者串联后的第一自由端连接所述第一耦合器，用于输入对应比例的本振光信号，第二自由端与所述光放大器连接，用于将所述多载波非线性调频光信号传输给所述光放大器，所述多载波调制器用于将其接收到的光信号调制成幅值相等且频率差固定的多载波信号，所述频率调制器用于对其接收到的光信号进行频域加窗调制，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，从而获得非线性调频光信号，所述本振光信号经所述多载波调制器和频率调制器调制后，生成多载波非线性调频光信号。

在另一种可选的实现方式中，所述光调制单元还包括波形发生器和射频驱动放大器，所述波形发生器产生直流偏置电压并将所述直流偏置电压施加在多载波调制器上，以使多载波调制器将其接收到的光信号调制成幅值相等且频率差固定的多载波信号，所述波形发生器产生非线性调频脉冲信号，所述射频驱动放大器对所述非线性调频脉冲信号进行放大，并利用放大后的非线性调频脉冲信号来驱动所述频率调制器，以使所述频率调制器对其接收到的光信号进行频域加窗调制，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，从而获得非线性调频光信号。

在另一种可选的实现方式中，所述波形发生器还产生射频信号，并将所述射频信号提供给所述多载波调制器，以使所述多载波调制器对其接收到的光信号的幅值进行预畸变调制。

在另一种可选的实现方式中，还包括第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器和第二光电探测器，其中第三耦合器的输入端连接第一耦合器的第二输出端，第一输出端连接第二耦合器的第一输入端，第二输出端连接第五耦合器的第一输入端，所述第一耦合器的第一输出端连接所述光调制单元的输入端，第四耦合器的输入端连接带通光滤波器，第一输出端连接环形器的第一端1，第二输出端连接第五耦合器的第二输入端，第五耦合器的输出端连接第二光电探测器；

所述第五耦合器将所述第三耦合器提供的对应比例的本振光信号与带通光滤波器提供的滤波光信号进行耦合，所述第二光电探测信号将耦合后的本振光信号和滤波光信号转换为第二电信号，所述采集卡对该第二电信号进行采集，根据本振电信号和滤波电信号，生成触发信号提供给所述波形发生器，以使所述波形发生器根据所述触发信号，对提供给所述多载波调制器的射频信号进行迭代调节，直至滤波电信号的波形不发生变化。

在另一种可选的实现方式中，所述射频信号为预畸变包络函数信号，其表示为：

其中，

E_m-1(t)表示滤波光信号在对应迭代次数中的瞬时幅值，A_m(t)表示滤波光信号在对应迭代次数中的能量，m表示迭代次数，T表示脉冲宽度，t表示时间；在初次迭代中E_m-1(t)使用畸变未修正前的原始的滤波光信号，此时F_m(t)＝1。

在另一种可选的实现方式中，所述采集卡采集到所述第一电信号后，各路瑞利散射电信号首先通过对应的匹配滤波器进行滤波，并分别进行相位解调，从而获得振动的位置信息；然后确定传感光纤上各个振动点在不同采样周期中的位置偏离信息，从而得到各个振动点的时域信息；最后对各个振动点的时域信息进行非均匀傅里叶变换，从而获得各个振动点的振动频率信息，实现振动频率的测量。

在另一种可选的实现方式中，适用于长距离传感光纤振动传感。

本发明的有益效果是：

1、本发明在将光信号提供给传感光纤之前，通过将本振光信号调制成幅值相等且频率差固定的多载波信号，可以消除干涉引起的信号衰落；同时，多载波光信号降低了布里渊增益，使得布里渊散射等非线性效应降低；

2、通过对本振光信号进行频域加窗调制，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，获得非线性调频光信号，可以提高传感过程中信号的旁瓣抑制比，降低传感光纤不同位置处瑞利散射光信号之间的串扰，从而可以提高振动测量的空间分辨率；

3、本发明通过对光信号进行预畸变处理，不仅可以消除光放大器引入的畸变，抑制光信号在传感光纤中的非线性效应，提高系统信噪比，为长距离传感创造有利条件，而且可以在一定程度上抑制传感光纤中产生的布里渊散射信号，从而可以提高测量准确度；

4、本发明通过设置光放大器，可以补偿多载波调制器和频率调制器的插入损耗，放大光信号能量，以实现长距离的分布式传感；

5、本发明通过设置带通光滤波器，可以对本振光信号处理过程中引入的噪声进行滤波，从而提高噪声抑制能力；

6、本发明在对探测到的瑞利散射电信号进行处理时，针对不同载波的瑞利散射电信号采用匹配滤波器进行滤波，并进行分别解调，互不干扰，可以实现长距离光纤传感的相位准确解调；

7、本发明传感距离可长达80km，泵浦脉冲光从传感光纤的一端注入，不需要在传感光纤中进行分布式光放大，系统结构简单。

附图说明

图1是本发明基于多载波非线性调频的分布式振动传感器的一个实施例电路示意图；

图2是线性调频信号和非线性调频光信号的时频谱、频谱和压缩对比示意图；

图3是多载波非线性调频光信号的一个实施例时频谱；

图4是本发明基于多载波非线性调频的分布式振动传感器的另一个实施例电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1，为本发明基于多载波非线性调频的分布式振动传感器的一个实施例电路示意图。该基于多载波非线性调频的分布式振动传感器可以包括窄线宽激光器、第一耦合器、光调制单元、光放大器、带通光滤波器、环形器、传感光纤、第二耦合器、第一光电探测器和采集卡，其中窄线宽激光器的输出端连接第一耦合器的输入端，第一耦合器的第一输出端连接光调制单元的输入端，第二输出端连接第二耦合器的第一输入端，光调制单元的输出端连接光放大器的输入端，光放大器的输出端连接带通光滤波器的输入端，带通光滤波器的输出端连接环形器的第一端1，环形器的第二端2连接传感光纤，第三端3连接第二耦合器的第二输入端，第二耦合器的输出端连接第一光电探测器的输入端，第一光电探测器的输出端连接采集卡。

其中，所述窄线宽激光器将本振光信号传输给所述第一耦合器，所述第一耦合器将对应比例的本振光信号传输给所述光调制单元，所述光调制单元将所述本振光信号调制成多载波非线性调频光信号，所述光放大器对所述多载波非线性调频光信号进行放大，所述带通光滤波器对放大后的多载波非线性调频光信号进行带通滤波，带通滤波后的多载波非线性调频光信号通过环形器传输给所述传感光纤；所述传感光纤基于瑞利散射效应，产生与多载波非线性调频光信号对应的多路瑞利散射光信号，各路瑞利散射光信号通过环形器传输给第二耦合器，所述第二耦合器将瑞利散射光信号与所述第一耦合器提供的对应比例的本振光信号进行耦合，所述第一光电探测器将耦合后的本振光信号和瑞利散射光信号转换为第一电信号，所述采集卡对所述第一电信号进行采集，根据采集到的第一电信号对传感光纤上各个振动点的振动信息进行测量。

本实施例，所述光调制单元可以包括多载波调制器和频率调制器，所述多载波调制器与频率调制器串联，且两者串联后的第一自由端连接所述第一耦合器，用于输入对应比例的本振光信号，第二自由端与所述光放大器连接，用于将所述多载波非线性调频光信号传输给所述光放大器，所述多载波调制器用于将其接收到的光信号调制成幅值相等且频率差固定的多载波信号，所述频率调制器用于对其接收到的光信号进行频域加窗调制，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，从而获得非线性调频光信号，所述本振光信号经所述多载波调制器和频率调制器调制后，生成多载波非线性调频光信号。需要注意的是：本发明中多载波调制器和频率调制器的先后顺序并不唯一，当多载波调制器位于频率调制器前面，与第一耦合器连接时，多载波调制器是对本振光信号进行调制，频率调制器是对多载波调制器输出的多载波信号进行调制；当频率调制器位于多载波调制器前面，与第一耦合器连接时，频率调制器是对本振光信号进行调制，多载波调制器是对频率调制器输出的非线性调频光信号进行调制。

由于光信号在沿传感器光纤传输过程中会产生向后传输的瑞利散射光信号，瑞利散射光信号在向后传输过程中会出现干涉衰减，该干涉衰减在不同瑞利散射光信号上的发生位置通常各不相同，以两路相同光_信号被同时传输至传感光纤为例，其中一路光信号对应产生的瑞利散射光信号在某位置上可能发生相干衰减，而另一路光信号对应产生的瑞利散射光信号在该位置上可能发生相干增强，因此本发明提出将本振光信号调制为幅值相等相同且频率差固定的多载波信号，可以为了消除干涉引起的信号衰落。

在传统的光纤分布式传感中，通常将线性调频信号传输给传感光纤进行振动测量，线性调频信号的时频谱和频谱分别如图2(a)和图2(b)所示，且线性调频信号被传输至传感光纤后，对应产生的瑞利散射光信号在经匹配滤波处理后，信号的压缩示意图如图2(c)所示，从图2(c)中可以看出，基于线性调频信号获取的探测信号的旁瓣抑制比较低，旁瓣抑制比较低会导致不同位置处的瑞利信号之间容易发生串扰，从而使得振动测量的空间分辨率较低。为了提高旁瓣抑制比，本发明提出从波形信号本身考虑，改变信号的调制方式，使其在频域具有加窗后的频谱特性，其中可以从幅值出发，将波形与频域窗函数的傅里叶反变换卷积，即可实现相应频域加窗，也可以从相位出发，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，以达到频域加窗的目的。由于从幅值出发的方法不仅对信号放大性能要求高，而且在光纤中会造成自相位调制，从而导致光脉冲在传输过程中发生频率漂移，因此本发明选用从相位出发的方法。频域加窗后的非线性调频光信号的时频谱和频谱分别如图2(d)和图2(e)所示，非线性调频信号被传输至传感光纤后，对应产生的瑞利散射光信号在经匹配滤波处理后，信号的压缩示意图如图2(f)所示，结合图2(c)和图2(f)所示，非线性调频光信号的旁瓣抑制比显然大于线性调频信号的旁瓣抑制比。由此可见，本发明通过将本振光信号进行频域加窗调制，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，生成非线性调频光信号，可以提高传感过程中信号的旁瓣抑制比，降低传感光纤不同位置处瑞利散射光信号之间的串扰，从而可以提高振动测量的空间分辨率。

为了实现多载波调制过程中施加在多载波调制器上的直流偏置电压的调节，所述光调节单元还包括波形发生器，所述波形发生器产生直流偏置电压并将所述直流偏置电压施加在多载波调制器上，以使多载波调制器将其接收到的光信号调制成幅值相等且频率差固定的多载波信号。本发明通过设置波形发生器，可以针对不同类型的本振光信号和多载波调制器，利用波形发生器对施加在多载波调制器上的直流偏置电压进行调试。在调试过程中，首先改变施加在多载波调制器上的直流偏置电压，然后对多载波调制器输出光信号的波形和特性进行测量，以获得满足要求的多载波信号。

此外，为了实现非线性调频光信号生成过程中的频域加窗调制，所述光调制单元还包括射频驱动放大器，所述波形发生器产生非线性调频脉冲信号，所述射频驱动放大器对所述非线性调频脉冲信号进行放大，并利用放大后的非线性调频脉冲信号来驱动所述频率调制器，以使所述频率调制器对其接收到的光信号进行频域加窗调制，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，从而获得非线性调频光信号。其中射频驱动放大器工作在线性放大区，以避免其在放大非线性调频脉冲信号时出现畸变。本发明形成的多载波非线性调频光信号的一个实施例时频谱如图3所示，从图中可以看出，该多载波非线性调频光信号包括三个载波信号，各个载波信号之间的频率差固定，并且针对每个载波信号，其存在不同频率成分，且不同频率成分在信号中占用时长不同。

为了补偿多载波调制器和频率调制器的插入损耗，放大光信号能量，以实现长距离的分布式传感，需要将调制后的多载波非线性调频光信号进行光放大。但是光放大器(特别是掺饵光纤放大器)存在瞬态效应，大时宽脉冲在经光放大后，其幅值将发生畸变。畸变的光信号在被传输至传感光纤后，受到自相位调制的作用，其在传感光纤传输过程中产生的瑞利散射光的中心频率将发生偏移，从而影响分布式传感效果。为了对畸变的光信号进行校正，本发明提出对频率调制器驱动信号引入预畸变，所述波形发生器还用于产生射频信号，并将所述射频信号提供给所述多载波调制器，以使所述多载波调制器对其接收到的光信号的幅值进行预畸变调制。

为了确定因光放大器引入的畸变，从而确定波形发生器产生的射频信号，本发明采用迭代的方式对波形发生器产生的射频信号进行调节。为此，本发明引入了第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器和第二光电探测器，结合图4所示，其中第三耦合器的输入端连接第一耦合器的第二输出端，第一输出端连接第二耦合器的第一输入端，第二输出端连接第五耦合器的第一输入端，所述第一耦合器的第一输出端连接所述光调制单元的输入端，第四耦合器的输入端连接带通光滤波器，第一输出端连接环形器的第一端1，第二输出端连接第五耦合器的第二输入端，第五耦合器的输出端连接第二光电探测器。所述第五耦合器将所述第一耦合器通过第三耦合器提供的对应比例的本振光信号与带通光滤波器提供的滤波光信号进行耦合，所述第二光电探测信号将耦合后的本振光信号和滤波光信号转换为第二电信号，所述采集卡对该第二电信号进行采集，根据本振电信号和滤波电信号，生成触发信号提供给所述波形发生器，以使所述波形发生器根据所述触发信号，对提供给所述多载波调制器的射频信号进行迭代调节，直至滤波电信号的波形不发生变化。当滤波电信号的波形不发生变化时，滤波电信号为矩形脉冲信号。

在迭代过程中，本发明通过改变提供给频率调制器的预畸变包络函数信号 F_m(t)，即射频信号，使带通滤波器输出的滤波光信号逐渐向理想波形A(t)(即本振光信号幅值)逼近，其中理想波形A(t)被设置为恒定功率的波形，以消除自相位调制引起的频移，本发明中射频信号，即预畸变包络函数信号，可以表示为：

其中，

E_m-1(t)表示滤波光信号在对应迭代次数中的瞬时幅值，A_m(t)表示滤波光信号在对应迭代次数中的能量，m表示迭代次数，T表示脉冲宽度，t表示时间；在初次迭代中E_m-1(t)使用畸变未修正前的原始的滤波光信号，此时F_m(t)＝1。

随着迭代次数的增加，光放大器引入的波形畸变逐渐被消除，当迭代至对应次数时，滤波光信号将基本不随迭代的增加而发生变化，此时将该滤波光信号与本振光信号进行比较，可以看出其趋近于本振光信号，由此通过预畸变处理，预先对光放大器引入的畸变进行了修正，传感光纤中的自相位调制非线性效应得到了充分抑制。此外，在研究过程中申请人还发现预畸变处理后的光信号被传输至传感光纤后，布里渊散射信号也得到了一定抑制，由于光信号被传输至传感光纤后，传感光纤不仅会基于瑞利散射效应产生瑞利散射光信号，而且还会基于布里渊散射效应产生布里渊散射信号，两种信号都是向后传输，而在振动测量中主要是以瑞利散射光信号作为测量信号，因此本发明通过对光信号进行预畸变处理，不仅可以消除光放大器引入的畸变，抑制光信号在传感光纤中的非线性效应，提高系统信噪比，为长距离传感创造有利条件，而且在一定程度上抑制了传感光纤中产生的布里渊散射信号，从而可以提高测量准确度。

为了测量振动频率，窄线宽激光器可以按照预设频率输出本振光信号，以使采集卡采集到不同采样周期下的第一电信号，所述采集卡采集到所述第一电信号后，各路瑞利散射电信号首先通过对应的匹配滤波器进行滤波，并分别进行相位解调，从而获得振动的位置信息；然后确定传感光纤上各个振动点在不同采样周期中的位置偏离信息，从而得到各个振动点的时域信息；最后对各个振动点的时域信息进行非均匀傅里叶变换，从而获得各个振动点的振动频率信息，实现振动频率的测量。本发明在对探测到的瑞利散射电信号进行处理时，针对不同的瑞利散射电信号采用匹配滤波器进行滤波，并进行分别解调，互不干扰，可以实现长距离光纤传感的相位准确解调。本发明通过对分布式振动传感器进行设计，可以适用于长距离传感光纤振动传感，传感距离可长达80km，泵浦脉冲光从传感光纤的一端注入，不需要在传感光纤中进行分布式光放大，系统结构简单。

本发明的优选参数设置为：窄线宽激光器中心波长为1550.12nm；波形发生器输出幅度为1Vpp，频率为70MHz的射频信号驱动多载波调制器(例如电光调制器)，通过控制多载波调制器的直流偏置电压，将单载波连续本振光信号调制为幅值相等的三个载波连接本振光信号，载波之间频差为 70MHz；频率调制器(例如声光调制器或电光调制器)的中心频率为200MHz，波形发生器输出的预畸变线性调频脉冲的调频范围为170MHz～230MHz，脉冲宽度为20us，脉冲重复频率为1.24kHz；光放大器选用掺铒光纤光放大器；带通光滤波器的带宽为10GHz，中心波长位于1550.12nm；长距离传感光纤的长度为80km，为光通信中常用的普通单模光纤；光电探测器为双平衡探测器，其带宽为1.5GHz，采集卡的带宽为2GHz，采样率为2GS/s。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其特征在于，包括窄线宽激光器、第一耦合器、光调制单元、光放大器、带通光滤波器、环形器、传感光纤、第二耦合器、第一光电探测器和采集卡，其中所述窄线宽激光器将本振光信号传输给所述第一耦合器，所述第一耦合器将对应比例的本振光信号传输给所述光调制单元，所述光调制单元将所述本振光信号调制成多载波非线性调频光信号，所述光放大器对所述多载波非线性调频光信号进行放大，所述带通光滤波器对放大后的多载波非线性调频光信号进行带通滤波，带通滤波后的多载波非线性调频光信号通过环形器传输给所述传感光纤；

所述传感光纤基于瑞利散射效应，产生与多载波非线性调频光信号对应的多路瑞利散射光信号，各路瑞利散射光信号通过环形器传输给第二耦合器，所述第二耦合器将瑞利散射光信号与所述第一耦合器提供的对应比例的本振光信号进行耦合，所述第一光电探测器将耦合后的本振光信号和瑞利散射光信号转换为第一电信号，所述采集卡对所述第一电信号进行采集，根据采集到的第一电信号对传感光纤上各个振动点的振动信息进行测量。

2.根据权利要求1所述的基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其特征在于，所述光调制单元包括多载波调制器和频率调制器，所述多载波调制器与频率调制器串联，且两者串联后的第一自由端连接所述第一耦合器，用于输入对应比例的本振光信号，第二自由端与所述光放大器连接，用于将所述多载波非线性调频光信号传输给所述光放大器，所述多载波调制器用于将其接收到的光信号调制成幅值相等且频率差固定的多载波信号，所述频率调制器用于对其接收到的光信号进行频域加窗调制，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，从而获得非线性调频光信号，所述本振光信号经所述多载波调制器和频率调制器调制后，生成多载波非线性调频光信号。

3.根据权利要求1所述的基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其特征在于，所述光调制单元还包括波形发生器和射频驱动放大器，所述波形发生器产生直流偏置电压并将所述直流偏置电压施加在多载波调制器上，以使多载波调制器将其接收到的光信号调制成幅值相等且频率差固定的多载波信号，所述波形发生器产生非线性调频脉冲信号，所述射频驱动放大器对所述非线性调频脉冲信号进行放大，并利用放大后的非线性调频脉冲信号来驱动所述频率调制器，以使所述频率调制器对其接收到的光信号进行频域加窗调制，在恒定瞬时功率情况下改变不同频率成分在信号中占有的时长，从而获得非线性调频光信号。

4.根据权利要求2所述的基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其特征在于，所述波形发生器还产生射频信号，并将所述射频信号提供给所述多载波调制器，以使所述多载波调制器对其接收到的光信号的幅值进行预畸变调制。

5.根据权利要求4所述的基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其特征在于，还包括第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器和第二光电探测器，其中第三耦合器的输入端连接第一耦合器的第二输出端，第一输出端连接第二耦合器的第一输入端，第二输出端连接第五耦合器的第一输入端，所述第一耦合器的第一输出端连接所述光调制单元的输入端，第四耦合器的输入端连接带通光滤波器，第一输出端连接环形器，第二输出端连接第五耦合器的第二输入端，第五耦合器的输出端连接第二光电探测器；

所述第五耦合器将所述第三耦合器提供的对应比例的本振光信号与带通光滤波器提供的滤波光信号进行耦合，所述第二光电探测信号将耦合后的本振光信号和滤波光信号转换为第二电信号，所述采集卡对该第二电信号进行采集，根据本振电信号和滤波电信号，生成触发信号提供给所述波形发生器，以使所述波形发生器根据所述触发信号，对提供给所述多载波调制器的射频信号进行迭代调节，直至滤波电信号的波形不发生变化。

6.根据权利要求4所述的基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其特征在于，所述射频信号为预畸变包络函数信号，其表示为：

其中，

E_m-1(t)表示滤波光信号在对应迭代次数中的瞬时幅值，A_m(t)表示滤波光信号在对应迭代次数中的能量，m表示迭代次数，T表示脉冲宽度，t表示时间；在初次迭代中E_m-1(t)使用畸变未修正前的原始的滤波光信号，此时F_m(t)＝1。

7.根据权利要求1所述的基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其特征在于，所述采集卡采集到所述第一电信号后，各路瑞利散射电信号首先通过对应的匹配滤波器进行滤波，并分别进行相位解调，从而获得振动的位置信息；然后确定传感光纤上各个振动点在不同采样周期中的位置偏离信息，从而得到各个振动点的时域信息；最后对各个振动点的时域信息进行非均匀傅里叶变换，从而获得各个振动点的振动频率信息，实现振动频率的测量。

8.根据权利要求1所述的基于多载波非线性调频的分布式振动传感器，其特征在于，适用于长距离传感光纤振动传感。