[发明专利]混沌光时域波形帧间比较测距方法

权利要求书

1.一种混沌光时域波形帧间比较测距方法，采用混沌对初值的敏感性作检测机理，用混沌环形激光器输出波形固有的帧结构特点进行时域波形帧间比较测距，其特征在于采用混沌环形激光器输出的波形在相邻环行时间内，即帧内，具有很大相似性的特点，以及环内位置与帧内时间的对应关系来测定光纤扰动的位置。

2.根据权利要求1所述的混沌光时域波形帧间比较测距方法，其特征在于混沌环形激光器输出的时域波形通过以下两种方法中任一方法获取：

方法一：分成多路接收，一路直接接收，另外几路延迟一帧时间τ的整数倍后接收，即一路接收混沌光的当前帧波形，另外几路并行接收混沌光的前几帧波形；

方法二：直接接收混沌环形激光器的输出，连续采集多帧时间的波形。

3.根据权利要求1所述的混沌光时域波形帧间比较测距方法，其特征在于采用以下两个阶段进行帧间比较测距：

第一阶段系统参数确定

(1)用方波输出法确定混沌环形激光器输出波形的一帧时间τ；

调节混沌环形激光器环路上的偏振控制器(PC)，使输出波形为占空比50％的方波，方波的半周期即为该混沌环形激光器输出波形的一帧时间τ；

(2)用移位帧间互相关法确定混沌环形激光器输出的第1帧完整波形的起点；

所谓移位帧间互相关法，指调节偏振控制器(PC)使混沌环形激光器输出混沌波形，选取连续3帧时间的数据，从第一点开始取一帧数据与接下来的一帧数据做互相关运算，得到一个相关峰的峰值；往后顺延一点做相同的运算，直至顺延一个周期为止；比较所得相关峰峰值，最大峰值对应的点即为一帧的起点；

(3)寻找最大互相关峰值：选取连续多帧数据，每一帧与前一帧做互相关运算，找出最大互相关峰值，将其归一化为1；

(4)寻找扰动出现的那一帧波形的帧号i：在激光器环路上人为加入一个扰动；不断计算前后帧的互相关，根据实际确定一个合适的归一化帧间互相关峰值的阈值，哪一帧与前一帧的互相关峰值小于阈值，扰动就是从哪一帧开始出现的；

(5)做扰动出现的归一化距离与归一化帧间互相关峰值的关系图：

扰动出现在一帧内的时间越早，即出现位置离起始点的距离越近，归一化帧间互相关峰值越小；改变激光器环路上人为加入扰动的位置，可以是物理上的移位，也可以用数据上的移位模拟实现，分别做帧间互相关运算，得到不同位置扰动时对应的归一化帧间互相关峰值，做扰动出现的归一化距离与归一化帧间互相关峰值的关系图，简称距离-相关峰图；

第二阶段实际测试

(1)寻找扰动开始出现的那一帧波形的帧号i，寻找方法同第一阶段中步骤(4)；

(2)比较混沌环形激光器输出的第i帧波形与第i-1帧波形；比较方法从下述两种方法中任选一种：

方法一：让第i帧波形与第i-1帧波形相减，

如果混沌环形激光器的初始状态没有变化，则二者相减结果几乎为零，得到一条近乎直线的输出；否则，环中某处发生扰动改变了混沌环形激光器的初始状态，帧内从相应时刻开始混沌输出波形发生改变，相应时刻相减结果大于零；设定一个阈值ε，从哪一时刻大于ε则认为哪一时刻开始出现了扰动，根据环内位置与帧内时间的对应关系即可确定扰动发生的位置；

方法二：计算第i帧波形与第i-1帧波形的帧间互相关，

对于持续时间大于τ的扰动情况，可以做帧间互相关运算；对照距离-相关峰图即可确定扰动发生的位置；

对于持续时间小于τ的扰动情况，可以做帧内局部互相关运算，得到一帧时间内局部互相关峰值分布曲线；初始状态无变化时，一帧时间内局部互相关峰值分布曲线接近直线；环内某处出现扰动时，一帧时间内局部互相关峰值分布曲线在相应位置处有一个或连续几个下陷点，环内多处出现扰动时，则有多处下陷点，据此，可定出扰动出现的位置。

4.根据权利要求1所述的混沌光时域波形帧间比较测距方法，其特征在于所述的混沌环形激光器输出的混沌时域波形是强度混沌的或者是偏振混沌的。

5.根据权利要求1所述的混沌光时域波形帧间比较测距方法，其特征在于所述的混沌环形激光器有多种变异形式，只要其输出波形具有帧结构特点都可用来测距；所述的混沌环形激光器由半导体光放大器SOA或掺铒光纤放大器EDFA构成，或者由带外腔的半导体激光器构成；采用光纤或光波导连接，或者用自由空间连接。