瑞利布里渊光时域分析系统具有单光源、单端工作、非破坏的优点, 为了解决系统信噪比与空间分辨率之间的矛盾, 将编码技术应用到瑞利布里渊光时域分析系统中, 可以在保持空间分辨率不变的前提下提高系统信噪比。提出了基于雪崩光电二极管检测和Simplex编码的瑞利布里渊光时域分析系统, 系统中的随机散粒噪声功率和信号功率有关, 而热噪声功率主要取决于雪崩光电二极管光电检测器的性能、与信号功率无关。由系统中与两种噪声相关的电流波动的方差和Simplex码的编解码规则可得编码系统的均方误差, 由此推导了系统信噪比和编码增益公式。随着编码长度的增加, 编码增益会逐渐增大并在某一编码长度后趋于稳定, 因此系统存在最佳编码长度, 最终推导了最佳编码长度公式, 并对信噪比和最佳编码长度进行了MATLAB仿真。仿真结果表明, 在基于Simplex码的瑞利布里渊光时域分析系统中, 当脉冲基底1阶边带产生的瑞利散射光功率为0.5 mW时, 随编码长度的增加, 编码增益逐渐增大并趋于稳定值6.69 dB, 系统的最佳编码长度为63 bit。

将多波长激光光源技术引入瑞利布里渊光时域分析系统, 其中抑制载波的微波调制多波长脉冲基底1阶边带会在传感光纤中产生多波长背向瑞利散射; 将该散射光作为探测光与多波长传感脉冲发生受激布里渊散射(SBS)作用, 可有效地提高光纤SBS阈值和SBS作用效率, 进而提高系统信噪比和布里渊频移的测量精度。分析了相位调制器产生多波长激光光源的原理以及利用电光强度调制器产生作为探测光的多波长斯托克斯和反斯托克斯激励光的原理, 建模分析了多波长瑞利布里渊光时域分析系统原理, 给出了系统信噪比与波长数关系的表达式; 搭建了单波长和三波长光纤SBS阈值测量系统及瑞利布里渊光时域分析系统, 测量了光纤的SBS阈值和系统性能。实验结果表明, 当单波长与三波长瑞利布里渊光时域分析系统的传感脉冲宽度为100 ns, 峰值功率为100 mW, 单个波长的脉冲基底功率约为1.3 mW, 传感光纤长度为2.4 km时, 三波长较单波长系统的光纤SBS阈值和信噪比分别提高了3倍和2.83倍, 在2 km光纤内布里渊频移波动由33.4 MHz降至15.6 MHz。

理论分析了瑞利BOTDA(布里渊光时域分析)传感系统的动态范围, 提出了一种采用脉冲编码技术改善系统信噪比从而增大系统动态范围的方法。研究了瑞利BOTDA系统中格雷码和Simplex码的编码和解码原理, 通过对瑞利BOTDA系统采用叠加平均法和脉冲编码法后信噪比改善量的分析对比, 阐明了脉冲编码技术在增大瑞利BOTDA系统动态范围方面的优越性, 并利用Matlab软件进行了仿真验证。仿真结果表明, 该编码技术能够明显改善系统信噪比, 增大系统的动态范围。