CN111609875B - 基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统及方法 - Google Patents

基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤传感测量技术领域，具体涉及一种基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统及其传感方法，该系统包括激光器模块、耦合器、光信号调制模块、信号检测模块、光环形器和信号解调模块，光信号调制模块将光信号调制为周期性线性啁啾连续光信号，啁啾周期满足T＞2nL/c；该系统以光信号调制模块产生的啁啾连续光作为探测光，不再具有以脉冲光为探测光的分布式传感系统中存在的频谱展宽效应，抑制了通道间串扰，使得同样系统频谱带宽下可复用更多通道数目；通过在数字域的信号解调模块选择复用通道划分数目，成倍提高了测量重复率，还可对传感带宽、空间分辨率、信噪比等重要性能参量依据扰动特征进行权衡，优化解调扰动信号。

Description

基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统及方法
技术领域
本发明涉及光纤传感测量技术领域，目的在于解决现有的分布式测量系统由于通道间串扰的存在而使一定系统带宽可复用通道数较少，及系统传感带宽、信噪比与探测光特性决定的空间分辨率极限或者扰动响应线性动态范围的权衡无法在扰动探测后的数字域进行的问题，具体涉及基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统及方法。
背景技术
光纤传感器相比于传统的电学传感器，具有高鲁棒性、高灵活性、高灵敏度、抗包括雷击在内的电磁干扰、成本低廉等优势，在传感领域占有重要的地位，被广泛应用于国民生产生活、科学研究、国防建设等领域；分布式光纤传感作为光纤传感器的重要组成部分，具有无需制作传感器即可长距离大范围传感与组网、单根光纤即可获得数万乃至数十万传感点等优势，在周界安防、地质勘探、地球物理等领域有着重要应用。
相位敏感光时域反射仪是分布式光纤传感的重要分支，其利用具有高相干性的光源作为探测光，以探测光在光纤中的瑞利散射光的相位、强度等物理量与外界扰动对光纤作用间关系进行传感；其测量重复率受传感距离的制约，满足fscan≤c/2nL。
近年来，为提升其测量重复率，国内外进行了许多研究，并提出了多种基于频分复用的方案，即通过在时间t＝2nL/c内依次注入K个具有不同频率或频带的脉冲，每个频带瑞利散射信号分别解调扰动信息，从而将扫描速率扩大K倍；受脉冲的频谱展宽效应影响，为减小通道间串扰影响，一定系统带宽内可复用通道数目十分有限。
同时，当前的相位敏感光时域反射仪系统，其扫描速率及由脉宽或通道带宽决定的空间分辨率极限之间的权衡只能在探测之前完成，而无法在数字域依据扰动特征进行优化设计。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统及方法，解决了目前的分布式测量系统由于通道间串扰的存在而使一定系统带宽可复用通道数较少，及系统传感带宽、信噪比与探测光特性决定的空间分辨率极限或者扰动响应线性动态范围的权衡无法在扰动探测后的数字域进行的问题。
本发明采用的技术方案如下：
基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统及方法，包括激光器模块、耦合器、光信号调制模块、信号检测模块、光环形器和信号解调模块，所述光信号调制模块将光信号调制为啁啾连续光信号，所述啁啾连续光为周期性线性啁啾连续光，啁啾周期满足T>2nL/c，其中n为传感光纤折射率，L为传感光纤长度，c为真空中光速。
基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统及方法的传感方法，所述光环形器的端口包括端口1、端口2、以及端口3，所述光信号调制模块的输出端连接光环形器的端口1，所述光环形器的端口2将啁啾连续光信号输入待测传感光纤并接收所述待测传感光纤返回的散射或反射光信号，所述光环形器的端口3将所述散射或反射光信号输入信号检测模块，所述信号检测模块利用散射或反射光信号和耦合器输入的本振光信号产生拍频信号，所述信号检测模块将所述拍频信号由光信号转为电信号并输入信号解调模块进行解调和输出，得到所述散射或反射光信号的扰动信息。
进一步的，所述拍频信号的解调具体包括以下步骤：
步骤1：选择通道划分数目N；
步骤2：对所述拍频信号频谱划分为N个子带并提取，每一个子带作为一个复用通道；
步骤3：对第i个子带进行扰动信息的求解，i为小于或等于N的正整数；
步骤4：对N个子带解调扰动信息进行重组获得扰动信号，依据扰动信号特征重新选取通道划分数目N；重复步骤2～4，直至获取最优扰动质量。
进一步的，频谱子带的提取方式包括滤波器滤波、匹配滤波、子脉冲提取。
进一步的，所述子脉冲提取的操作具体包括以下步骤：
步骤1：对拍频信号Eb(t)作傅里叶变换获得其频谱Eb(ω)，其中
Figure GDA0003303180180000021
Z表示整数集，E0表示啁啾脉冲信号的幅度，f表示啁啾信号最低移频量，
Figure GDA0003303180180000023
表示啁啾脉冲初相，T表示啁啾周期，γ表示啁啾连续光信号的啁啾率，h(t,k)为第k个啁啾周期注入待测光纤时光纤的传递函数；
步骤2：数字域生成子啁啾脉冲信号Esc(t,i)，
Figure GDA0003303180180000022
其中α为啁啾率变化系数，可根据需要选取，而i∈[1,2,…,N]；
步骤3：对Esc(t,i)作傅里叶变换，得到其频谱Esc(ω,i)；
步骤4：提取第i个通道信号
Es(t,i)＝IFFT{Eb(ω)·Esc(ω)/E′p}(ω)
其中，IFFT为逆傅里叶变换运算，E′p(ω)为E′p(t)的频谱，而E′p(t)为
Figure GDA0003303180180000031
Es(t,i)即为划分第i个频分复用通道信号。
进一步的，对第i个子带进行扰动信息的求解方式包括解相位、基于非匹配滤波与局部强度互相关的扰动解调、局部互相关与移频量间关系。
进一步的，以解相位为扰动解调方式的步骤为：
步骤1：将Esc(t,i)与Es(t,i)作互相关运算，得到脉冲压缩后的信号
Figure GDA0003303180180000032
其中
Figure GDA0003303180180000037
表示互相关运算；
步骤2：将Ec(t,i)进行二次划分，得到
Figure GDA0003303180180000033
步骤3：将Etrace(t,k,i)移至基频，取相位并解卷绕，获得相位信息，即
Figure GDA0003303180180000034
其中，angle表示取相位，unwrap表示解卷绕运算；
步骤4：取每个通道相位变化量，可得
Figure GDA0003303180180000035
步骤5：以时间间隔Δt计算，可得扰动信号
Figure GDA0003303180180000036
步骤6：将各复用通道解调扰动信号重新排列，可得
Figure GDA0003303180180000041
进一步的，对第i个子带进行扰动信息的求解，以基于非匹配滤波与局部强度互相关的扰动解调方式解调扰动的步骤为：
步骤1：对提取出的子带信号Es(t,i)进行非匹配滤波，并取强度，即：
Figure GDA0003303180180000042
Figure GDA0003303180180000043
其中abs表示强度，β为非匹配系数；
步骤2：将Anc(t,i)进行二次划分
Figure GDA0003303180180000044
步骤3：求强度局部互相关信号，即
Figure GDA0003303180180000045
其中τw为根据需求选择的局部互相关窗口大小；
步骤4：求A′Corr(t,τ,k,i)峰值对应时刻与A′Corr(t,τ,1,i)峰值对应时刻间时延量，即
tpeak(τ,k,i)＝FindPeak{A′Corr(t,τ,k,i)t}
Δtpeak(τ,k,i)＝tpeak(τ,k,i)-tpeak(τ,1,i)
其中FindPeak{·|t}表示求函数在t轴上峰值对应的时刻t；
步骤5：对时延量Δtpeak(τ,k,i)，或将其转换为对应应变量后，进行重组，可得到高扫描速率下的扰动信号，即
Figure GDA0003303180180000051
进一步的，依据扰动信号特征的通道划分数目N的重新选取具体包括以下步骤：
步骤1：解调扰动频率小于fscan·(N-1)/N，则新选取N值比原值减小，以提升空间分辨率极限或扰动响应线性动态范围；
步骤2：解调扰动信号信噪比不符合需求，则新选取N值比原值增大，再通过旋转矢量求和等复用通道重组方式提高信噪比，或对基于新选取N值解调的扰动信号进行低通滤波以提升信噪比。
综上所述，本发明相较于现有技术的有益效果是：
(1)相较于基于频分复用技术的脉冲探测光的分布式光纤传感系统，由于使用啁啾连续光作为探测光，消除了频分复用通道间串扰，可实现密集型频分复用，进而可在相同系统带宽下复用更多通道；
(2)相较于基于游标效应、压缩感知等技术提高分布式光纤传感响应带宽的方案，本发明可实现宽带扰动信号探测；
(3)相较于基于频分复用、游标效应、压缩感知、正负频复用等技术的高测量重复率分布式光纤传感系统，本发明可在数字域中实现传感带宽、探测光决定的空间分辨率极限、以及信噪比之间的权衡，从而实现依据扰动特征的传感性能优化；
(4)相较于基于啁啾脉冲的分布式光纤传感系统，本发明可实现响应线性动态范围与测量重复率之间的数字域权衡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明提供的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统的系统框图；
图2是本发明实施例提供的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统的数字域可调原理图；
图3是本发明实施例提供的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统的密集型频分复用原理图；
图4是本发明实施例提供的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统流程图。
附图标记：1-激光器模块，2-耦合器，3-光信号调制模块，4-光环形器，5-待测传感光纤，6-信号检测模块，7-信号解调模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图1-4及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
本发明实施例中的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统主要基于啁啾连续光(Chirped continuous wave，CCW)实现，具体地，是基于啁啾连续光的相位敏感光时域反射仪实现的。
如图1所示，本实施例提供的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统包括激光器模块1，所述激光器模块1产生光信号至耦合器2，耦合器2为光耦合器2，所述耦合器2分别将光信号输入光信号调制模块3和信号检测模块6，所述光信号调制模块3将光信号调制为啁啾连续光信号，所述光信号调制模块3的输出端连接光环形器4的端口1，所述光环形器4的端口2将啁啾脉冲光信号输入待测传感光纤5并接收所述待测传感光纤5返回的散射或反射光信号，所述光环形器4的端口将所述散射或反射光信号输入信号检测模块6，所述信号检测模块6利用散射或反射光信号和耦合器2输入的本振光信号产生拍频信号，所述信号检测模块6将所述拍频信号输入信号解调模块7进行解调和输出，得到所述反射光信号的扰动。
所述光信号调制模块3包括波形发生器和电光调制器。所述待测传感光纤5为普通单模光纤、多模光纤、光纤布拉格光栅串等一切光纤形式，本实施例的待测传感光纤为普通单模光纤。所述信号检测模块6包括光混合器和信号采集器。
其中，光环形器4(optical circulator)是一种多端口非互易光学器件，其具有光导向作用，其典型结构有N(N大于等于3)个端口，当光由其中任一个端口输入(一般是端口1)时，可以几乎无损失地按照数字顺序由下一个端口(端口2)输出，而其它端口(端口3)处几乎没有光输出；以此类推，当光由端口2输入时，也可以由端口3近乎无损失的输出，于此同时，端口1或其他端口上没有光输出。光环形器4类型可以是透射式或反射式的光环形器4。
本实施例中，激光器模块1产生的光信号EL(t)为：
EL(t)＝EL·exp[jωt+jθ(t)]，
Figure GDA0003303180180000074
表示光信号的初始相位，ω表示光信号的角频率，t表示时间，θ(t)表示激光器相位噪声，EL表示光信号的幅度。
所述光信号调制模块3将光信号EL(t)调制为线性啁啾连续光信号Ep(t)，所述啁啾连续光信号啁啾周期T>2nL/c。
所述啁啾连续光信号Ep(t)为：
Figure GDA0003303180180000071
其中，Z表示整数集，E0表示啁啾脉冲信号的幅度，f表示啁啾信号最低移频量，
Figure GDA0003303180180000075
表示啁啾脉冲初相，T表示啁啾周期，γ表示啁啾连续光信号的啁啾率。以Ep(t)为探测光，则从待测光纤5返回散射或反射信号为
Figure GDA0003303180180000072
其中h(t,k)为第k个啁啾周期注入待测光纤时光纤的传递函数。
所述Es(t)与耦合器2输入的本振光信号产生拍频信号，经光电探测为
Figure GDA0003303180180000073
其中ELO为本振光强度。
利用Ib(t)恢复散射或反射光场，可获得复拍频信号
Figure GDA0003303180180000081
数字域可调原理如图2所示，以啁啾连续光为探测光，其每一啁啾周期与传感光纤作用后获得的后向散射或反射信号的时频谱均为一个平行四边形。选定任意通道划分数目N，将该时频谱按频率轴平均划分为N份，则每份可看作是原啁啾周期均分为N份后其中一份与光纤作用后的散射或反射信号，即
Figure GDA0003303180180000082
由于通道数目N可根据需要在扰动探测后的数字域选择，而N决定了系统带宽及脉冲压缩后的空间分辨率，故而可实现对解调扰动性能的数字域可调。
所述基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统可实现密集型频分复用的关键在于，如图3所示，由于系统探测光为调频连续光，消除了普通脉冲型探测光的分布式传感系统中由脉冲带来的频谱展宽效应，探测光各频率谱线与光纤作用后获得的后向散射或反射信号频域谱线相互独立，只需使用过渡带较陡的频分复用通道提取方式，即可避免通道间串扰，从而避免通道间串扰对解调扰动信号带来的低通滤波效应，进而在相同的系统带宽下可复用更多频分复用通道数。
选定通道划分数目N，将Eb(t)频谱均匀划分后提取，可获得N个频分复用通道。所述频谱均匀划分与提取，可通过滤波器滤波、匹配滤波、子脉冲提取技术完成，本实施例以子脉冲提取技术为例。基于子脉冲提取的通道划分提取过程如下：
步骤1：对Eb(t)作傅里叶变换获得其频谱Eb(ω)；
步骤2：数字域生成子啁啾脉冲信号Esc(t,i)，
Figure GDA0003303180180000083
其中α为啁啾率变化系数，可根据需要选取，而i∈[1,2,…,N]；
步骤3：对Esc(t,i)作傅里叶变换，得到其频谱Esc(ω,i)；
步骤4：提取第i个通道信号
Es(t,i)＝IFFT{Eb(ω)·Esc(ω)/E′p}(ω)
其中，IFFT为逆傅里叶变换运算，E′p(ω)为E′p(t)的频谱，而E′p(t)为
Figure GDA0003303180180000091
Es(t,i)即为划分第i个频分复用通道信号；对N个频分复用通道分别进行扰动解调，并对N个通道解调扰动信号按照时序排列，即可获得高测量重复率的扰动信号。
所述对N个通道的扰动解调，可通过解相位、基于非匹配滤波与强度互相关的扰动解调、局部互相关与移频量间关系等方式进行；
本实施例以解相位方案为例，步骤如下：
步骤1：将Esc(t,i)与Es(t,i)作互相关运算，得到脉冲压缩后的信号
Figure GDA0003303180180000092
其中
Figure GDA0003303180180000098
表示互相关运算。
步骤2：将Ec(t,i)进行二次划分，得到
Figure GDA0003303180180000093
步骤3：将Etrace(t,k,i)移至基频，取相位并解卷绕，获得相位信息，即
Figure GDA0003303180180000094
其中，angle表示取相位，unwrap表示解卷绕运算。
步骤4：取每个通道相位变化量，可得
Figure GDA0003303180180000095
步骤5：以时间间隔Δt计算，可得扰动信号
Figure GDA0003303180180000096
步骤6：将各复用通道解调扰动信号重新排列，可得
Figure GDA0003303180180000097
最终得到的测量重复率是普通单脉冲分布式传感系统N倍。
根据解调扰动信号
Figure GDA0003303180180000103
特征，可重新选取通道划分数目N，重复以上通道提取及扰动解调过程，可对系统测量重复率fscan和由探测光决定的空间分辨率极限Δz进行调整，具体调整关系如下：
Figure GDA0003303180180000101
若希望获取更改测量带宽，可增大N值；若希望获取更高空间分辨率，则可减小N值；若希望提高信噪比，则可利用过采样原理，增大N值并进行低通滤波，从而提高信噪比。
本发明的工作流程如图4所示：
S101：激光调制模块1经耦合器2分路1向光信号调制模块发送光信号，经耦合器2分路2向信号检测模块6发送本振光信号；
S102：光信号调制模块3将光信号调制为啁啾连续光信号，并发送至环形器4的端口1；
S103：光环行器4由端口2将啁啾脉冲光信号发送至待检测传感光纤，并从待检测传感光纤接收啁啾光信号的散射或反射光信号；
S104：光环形器4由端口3将反射光信号发送至信号检测模块6；
S105：信号检测模块6获取反射光信号和本振光信号，得到拍频信号并发送至信号解调模块7；
S106：信号解调模块7对拍频信号进行解调、优化和输出。
由此可见，本发明实施例中的基于啁啾连续光的高重复率数字域可调分布式光纤传感系统，与现有技术相比，有以下优越性：相较于基于频分复用技术的脉冲探测光的分布式光纤传感系统，由于使用啁啾连续光作为探测光，消除了频分复用通道间串扰，可实现密集型频分复用，进而可在相同系统带宽下复用更多通道；相较于基于游标效应、压缩感知等技术提高分布式光纤传感响应带宽的方案，本发明可实现宽带扰动信号探测；相较于基于频分复用、游标效应、压缩感知、正负频复用等技术的高测量重复率分布式光纤传感系统，本发明可在数字域中实现传感带宽、探测光决定的空间分辨率极限、以及信噪比之间的权衡，从而实现依据扰动特征的传感性能优化。
实施例2：
本发明的实施例2为以强度互相关为扰动解调方式的基于啁啾连续光的高重复率数字域可调分布式光纤传感系统；在本发明的实施例2中，在进行扰动解调时，按以下步骤进行：步骤1：对式(13)提取出的子带信号Es(t,i)进行非匹配滤波，并取强度，即：
Figure GDA0003303180180000102
Figure GDA0003303180180000111
其中abs表示强度，β为非匹配系数。
步骤2：将Anc(t,i)进行二次划分
Figure GDA0003303180180000112
步骤3：求强度局部互相关信号，即
Figure GDA0003303180180000113
其中τw为根据需求选择的局部互相关窗口大小。
步骤4：求A′Corr(t,τ,k,i)峰值对应时刻与A′Corr(t,τ,1,i)峰值对应时刻间时延量，即
tpeak(τ,k,i)＝FindPeak{A′Corr(t,τ,k,i)|t}
Δtpeak(τ,k,i)＝tpeak(τ,k,i)-tpeak(τ,1,i)
其中FindPeak{·|t}表示求函数在t轴上峰值对应的时刻t。
步骤5：对时延量Δtpeak(τ,k,i)，或将其转换为对应应变量后，进行重组，可得到高扫描速率下的扰动信号，即
Figure GDA0003303180180000114
由于在本解调方案下，扰动探测的线性响应动态范围与各划分子带带宽相关，根据需求，可在数字域调整通道划分数目N，从而调整系统扰动响应线性动态范围与测量重复率。
本实施例表明，相较于传统的基于啁啾脉冲的分布式光纤传感系统，本发明可实现响应线性动态范围与测量重复率之间的数字域权衡。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统，包括激光器模块、耦合器、光信号调制模块、信号检测模块、光环形器和信号解调模块，其特征在于，所述光信号调制模块将光信号调制为啁啾连续光信号，所述啁啾连续光为周期性线性啁啾连续光，啁啾周期满足T>2nL/c，其中n为传感光纤折射率，L为传感光纤长度，c为真空中光速；
所述信号检测模块利用散射或反射光信号和耦合器输入的本振光信号产生拍频信号；
所述拍频信号的解调具体包括以下步骤：
步骤1：选择通道划分数目N；
步骤2：对所述拍频信号频谱划分为N个子带并提取，每一个子带作为一个复用通道；
步骤3：对第i个子带进行扰动信息的求解，i为小于或等于N的正整数；
步骤4：对N个子带解调扰动信息进行重组获得扰动信号，依据扰动信号特征重新选取通道划分数目N；重复步骤2～4，直至获取最优扰动质量。
2.一种权利要求1所述的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统的传感方法，其特征在于，所述光环形器的端口包括端口1、端口2、以及端口3，所述光信号调制模块的输出端连接光环形器的端口1，所述光环形器的端口2将啁啾连续光信号输入待测传感光纤并接收所述待测传感光纤返回的散射或反射光信号，所述光环形器的端口3将所述散射或反射光信号输入信号检测模块，所述信号检测模块将所述拍频信号由光信号转为电信号并输入信号解调模块进行解调和输出，得到所述散射或反射光信号的扰动信息。
3.根据权利要求1所述的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统，其特征在于，频谱子带的提取方式包括滤波器滤波、匹配滤波、子脉冲提取。
4.根据权利要求3所述的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统，其特征在于，所述子脉冲提取的操作具体包括以下步骤：
步骤1：对拍频信号Eb(t)作傅里叶变换获得其频谱Eb(ω)，其中
Figure FDA0003303180170000011
Z表示整数集，E0表示啁啾脉冲信号的幅度，ELO表示本振光的幅度，f表示啁啾信号最低移频量，
Figure FDA0003303180170000012
表示啁啾脉冲初相，T表示啁啾周期，γ表示啁啾连续光信号的啁啾率，θ(t)表示外界扰动带来的相位变化，k表述注入的啁啾连续光的啁啾周期序数，h(t,k)为第k个啁啾周期注入待测光纤时光纤的传递函数；
步骤2：数字域生成子啁啾脉冲信号Esc(t,i)，
Figure FDA0003303180170000021
其中α为啁啾率变化系数，根据需要选取，而i∈[1,2,…,N]；
步骤3：对Esc(t,i)作傅里叶变换，得到其频谱Esc(ω,i)；
步骤4：提取第i个通道信号
Es(t,i)＝IFFT{Eb(ω)·Esc(ω)/E′p(ω)}
其中，IFFT为逆傅里叶变换运算，E′p(ω)为E′p(t)的频谱，而E′p(t)为
Figure FDA0003303180170000022
Es(t,i)即为所划分的第i个频分复用通道信号。
5.根据权利要求3所述的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统，其特征在于，对第i个子带进行扰动信息的求解方式包括解相位、基于非匹配滤波与局部强度互相关的扰动解调、局部互相关与移频量间关系。
6.根据权利要求5所述的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统，其特征在于，以解相位为扰动解调方式的步骤为：
步骤1：将Esc(t,i)与Es(t,i)作互相关运算，得到脉冲压缩后的信号
Figure FDA0003303180170000023
其中
Figure FDA0003303180170000024
表示互相关运算；
步骤2：将Ec(t,i)根据啁啾周期序数k进行二次划分，得到不同啁啾周期同一频率的信号矩阵Etrace(t,k,i)
Figure FDA0003303180170000025
步骤3：将Etrace(t,k,i)移至基频，取相位并解卷绕，获得相位信息
Figure FDA0003303180170000026
即
Figure FDA0003303180170000027
其中，angle表示取相位，unwrap表示解卷绕运算；
步骤4：取每个通道相位变化量
Figure FDA0003303180170000028
可得
Figure FDA0003303180170000031
步骤5：以时间间隔Δt计算，可得扰动信号
Figure FDA0003303180170000032
Figure FDA0003303180170000033
步骤6：将各复用通道解调扰动信号重新排列，可得
Figure FDA0003303180170000034
7.根据权利要求6所述的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统，其特征在于，对第i个子带进行扰动信息的求解，以基于非匹配滤波与局部强度互相关的扰动解调方式解调扰动的步骤为：
步骤1：对提取出的子带信号Es(t,i)进行非匹配滤波，并取强度Anc(t,i)，即：
Figure FDA0003303180170000035
Figure FDA0003303180170000036
其中abs表示强度，β为非匹配系数；
步骤2：将Anc(t,i)进行二次划分，得到不同啁啾周期同一频率的信号矩阵A′trace(t,k,i)
Figure FDA0003303180170000037
步骤3：求强度局部互相关信号A′Corr(t,τ,k,i)，即
Figure FDA0003303180170000038
其中τw为根据需求选择的局部互相关窗口大小，τ为环境扰动引起的拍频信号强度曲线局部时延量；
步骤4：求A′Corr(t,τ,k,i)峰值对应时刻与A′Corr(t,τ,1,i)峰值对应时刻间时延量，即
tpeak(τ,k,i)＝FindPeak{A′Corr(t,τ,k,i)|t}
Δtpeak(τ,k,i)＝tpeak(τ,k,i)-tpeak(τ,1,i)
其中FindPeak{·|t}表示求函数在t轴上峰值对应的时刻t；
步骤5：对时延量Δtpeak(τ,k,i)，或将其转换为对应应变量后，进行重组，可得到高扫描速率下的扰动信号，即
Figure FDA0003303180170000041
8.根据权利要求1所述的基于啁啾连续光的数字域可调分布式光纤传感系统，其特征在于，依据扰动信号特征的通道划分数目N的重新选取具体包括以下步骤：
步骤1：解调扰动频率小于fscan·(N-1)/N，则新选取N值比原值减小，以提升空间分辨率极限或扰动响应线性动态范围；其中fscan为系统测量重复率；
步骤2：解调扰动信号信噪比不符合需求，则新选取N值比原值增大，再通过旋转矢量求和复用通道重组方式提高信噪比，或对基于新选取N值解调的扰动信号进行低通滤波以提升信噪比。
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