非线性频率调制的光脉冲压缩反射技术分析

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1、上海交通大学硕士学位论文（1）理论分析理论分析和推导了非线性调频脉冲压缩和在OPCR系统中的应用。首先介绍了雷达系统中调频脉冲压缩的基本原理，包括I/Q解调和匹配滤波；其次，分析线性调频信号和非线性调频信号的区别；再者，分析了调频信号的自相关函数及其指标，包括：峰值旁瓣比(PSLR)，空间分辨率和积分旁瓣比(ISLR)；最后，建立非线性调频OPCR的系统理论模型，分析每个环节对非线性调频信号及对OPCR反射曲线的影响。（2）数值仿真根据上述OPCR系统的理论分析，数值仿真了不同情况下OPCR曲线的性能。首先，仿真单个调频脉冲信号和其自相关函数，验

2、证非线性调频信号自相关函数的PSLR明显优于线性调频，仿真得到非线性调频信号自相关函数的PSLR能达到60dB，远高于线性调频的13dB；其次仿真分析线性调频“加窗”和非线性调频的区别；最后，仿真分析了调频信号的OPCR系统及参数alpha的影响。仿真结果表明：非线性调频OPCR曲线的PSLR优于线性调频，且非线性调频能改善OPCR曲线的动态范围。（3）实验验证搭建了实验验证平台，主要验证上述理论推导和数值仿真的正确性。首先，我们搭建了一个“直通”系统，验证不同光电器件对非线性调频脉第II页万方数据上海交通大学硕士学位论文冲信号性能的影响。分别测

3、试了压控振荡器(VCO)，低噪放放大后和单边带调制器(SSBM)后的调频脉冲信号质量。我们还搭建了一个OPCR系统，验证了OPCR采用非线性调频技术的OPCR曲线PSLR优于线性调频。该系统能区分5.4km光纤尾端30cm的跳线两端的反射峰，且非线性调频的PSLR有显著提高；为了验证非线性调频技术能提高OPCR曲线的动态范围，我们在“反射”系统中，验证了不同alpha值对OPCR曲线动态范围的改善；最后，我们在此基础上优化了实验链路，将测量距离提高到42km，空间分辨率仍是十厘米量级。关键词：光纤传感，光脉冲压缩反射仪，空间分辨率，峰值旁瓣比，自

4、相关函数第III页万方数据上海交通大学硕士学位论文STUDYONOPTICALPULSECOMPRESSIONREFLECTOREMTRYBASEDONNONLINEARFREQUENCYMODULATIONABSTRACTOpticaltime-domainreflectometry(OTDR)hasbeenextensivelyusedinoptical-fibercableinstallationandfaultdetection.Itsuffersthetradeoffrelationshipbetweenspatialresolutio

5、nandmeasuringrange.Incontrast,opticalfrequency-domainreflectometry(OFDR)succeedsinhighspatialresolutionbutitsmeasurementrangeislimitedbythecoherentlengthoflasersource.Mostrecently,anewreflectometry,calledopticalpulse-compressionreflectometry(OPCR),hasbeenproposedanddemonstrat

6、ed.OPCRcanovercomethetradeoffrelationshipofspatialresolutionandmeasurementrange.Forinstance,itprovidesthesimilarmeasurementrangeofOTDRandthecomparablespatialrangeofOFDR.PreviousstudyontheOPCRbasedonlinearfrequencymodulation(LFM)showsthatthefullwidthathalfmagnitudeofautocorrel

7、ationfunctionisnotdeterminedbypulsewidth,butonlybychirpwidth.ThisthesisstudiesanovelOPCRbasedonnonlinearfrequencymodulation(NLFM).Theoreticalanalysis,numericalsimulationandexperimentalverificationarecarriedout.Itisshownthattime-frequencytraces,autocorrelationfunctionsandOPCRr

8、eflectiontrancesdependontheparametersofnonlinearfrequencymodulation.