[发明专利]基于捷变频与CS技术的快速布里渊光学时域分析仪及方法

权利要求书

1.基于捷变频与CS技术的快速布里渊光学时域分析仪，其特征在于，所述快速布里渊光学时域分析仪包括激光器、50:50的耦合器、第一支路、环形器、第二支路、探测器以及采集模块；

所述激光器作为光源输出的光经由所述50:50的耦合器分为两束光；

所述两束光中的一束经所述第一支路后产生脉冲型泵浦光，所述脉冲型泵浦光经所述环形器的第一端口进入所述环形器，并经所述环形器的第二端口输出，再由待测光纤的第一端进入所述待测光纤；

所述两束光中的另一束经所述第二支路后产生随机跳频探测光，由所述待测光纤的第二端进入所述待测光纤；

所述脉冲型泵浦光与所述随机跳频探测光之间的频率差覆盖所述待测光纤的布里渊频移，以使所述脉冲型泵浦光与所述随机跳频探测光在所述待测光纤中发生受激布里渊散射；

其中，所述第一支路包括第一模块、第一电光调制器和掺铒光纤放大器；所述第一模块包括脉冲模块或任意函数发生器；所述两束光中的所述一束输入所述第一电光调制器，所述第一模块输出微波脉冲信号加载到所述第一电光调制器上，以从所述第一电光调制器输出的脉冲光信号再经所述掺铒光纤放大器放大后，作为所述脉冲型泵浦光经所述环形器后进入待测光纤的第一端；

所述第二支路包括第二模块、第二电光调制器、FBG滤波器以及隔离器；所述第二模块包括随机跳频模块或任意波形发生器；所述两束光中的所述另一束输入所述第二电光调制器；所述第二模块中对预编入的微波捷变频信号进行随机选择并加以整合，输出的随机跳频电学信号驱动所述第二电光调制器，以对输入所述第二电光调制器的所述两束光中的所述另一束的频率进行上下二阶边频调制；所述FBG滤波器对从所述第二电光调制器输出的光频率进行选择，以滤出下二阶边频的光作为随机跳频探测光，所述随机跳频探测光再经所述隔离器后进入待测光纤的第二端；

从所述待测光纤的第一端输出的探测光经所述环形器的第二端口进入所述环形器，并经由所述环形器的第三端口输出，再经探测器后由采集模块采集，以基于采集到的信号来获得光纤沿线的应变或温度信息；

其中，所述采集模块被配置为预先采用标准布里渊增益谱型函数构建参考数据库，基于所述参考数据库、并利用自适应稀疏变换算法生成稀疏矩阵以获得信号的稀疏表示系数，根据所述稀疏表示系数中的非零系数数量获得对应的稀疏度；根据非相关性条件选择高斯随机矩阵作为测量矩阵；根据所述稀疏度、所述测量矩阵以及所述采集模块采集到的信号，通过正交匹配追踪算法完成对待测光纤的分布式布里渊增益谱的重构，以基于重构的分布式布里渊增益谱计算所述光纤沿线的应变或温度信息；

所述采集模块被配置通过如下处理获得所述稀疏度：

采用标准布里渊增益谱型函数构造参考数据库R，该参考数据库R是N×M维的，其中M代表理想的布里渊增益谱的个数，而其频率扫描的维数为N；

设单个BGS表示为g_i，其中i＝1,2,3...M，所述参考数据库中的所有BGS表示为R＝[g₁g₂ ... g_M]；

将R的每一行进行零均值化，得到零均值矩阵其中

求出所述零均值矩阵的协方差矩阵，即

计算所述协方差矩阵的特征值及其对应的特征向量，即Cμ_j＝λ_jμ_j，其中j＝1,2，3...N；

对计算得到的特征值从大到小排序，选择其中大于预设阈值的特征值，设大于预设阈值的特征值有K个，则信号的稀疏度为K。

2.根据权利要求1所述的快速布里渊光学时域分析仪，其特征在于，所述参考数据库包括多个布里渊频移和多个谱宽的理想布里渊增益谱。

3.根据权利要求1或2所述的快速布里渊光学时域分析仪，其特征在于，采用双路频率调制，所述第一支路的光固定至10.7GHz下频移，所述第二支路通过双边带调制产生250MHz光学捷变频信号。