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布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)传感系统是一种基于光纤中的布里渊散射效应,可以对外界温度或应力变化进行监测的光纤系统,在隧道、石油管道、桥梁、堤坝等大型土木工程的结构健康以及周围安全防护的监测方面具有重要的意义和广泛的应用前景,是光纤传感领域的关键技术之一。由于布里渊散射信号比较微弱,系统噪声对探测结果影响较大,BOTDA光纤传感系统的优化成为该领域的研究热点。随着相关技术不断成熟和传感需求的不断提高,如何进一步降低系统噪声对散射信号的干扰、保证探测精度的同时减小数据处理运算量,实现实时监测定位、优化系统结构,降低系统器件对探测结果的影响是目前BOTDA技术研究亟待解决的问题。本文通过深入研究BOTDA光纤传感系统的相关问题,提出了提升小波变换-高斯平均联合滤波算法、空间抽样-互相关BFS提取改进算法及双波长-预耗尽BOTDA传感系统实验结构,并分析了相关算法性能和实验结果。主要工作和成果如下:(1)通过对光纤中的布里渊散射原理及BOTDA系统监测原理的研究和分析,建立了BOTDA光纤传感系统仿真模型,并对实验系统进行了研究。(2)提出了一种基于提升小波变化的提升小波变换-高斯平均联合滤波算法,并对算法相关参量的选择进行了讨论。该联合滤波算法降低了传统一代小波的运算复杂等问题,该算法的信噪比较一代离散小波变换提高了14.6dB,较一维提升小波变换提高了 2.78dB,信噪比的提升效果明显,有利于BOTDA系统性能的优化。(3)提出了一种空间抽样-互相关卷积布里渊频移(Brillouin Frequency Shifting,BFS)提取算法,并就BFS的提取精度和运算量方面与常规的互相关算法(Cross-Correlation Method,XCM)进行了对比分析。该算法在XCM算法提取BFS的基础上,根据采样数据的空间分辨率与温度阈值等参数,在保证BFS提取精度的同时减少了 10.76倍的运算量,有效保证了传感系统的实时性。(4)提出并实验研究了双波长-预耗尽BOTDA传感系统结构,该系统通过在系统泵浦光支路引入额外的一束直流光束,来预先耗尽掺铒光纤放大器(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier,EDFA)在泵浦脉冲的放大过程中积累的粒子数,确保从EDFA放大的编码脉冲的波形的平坦性。研究结果表明,与采用单波长泵浦结构的常规BOTDA系统的结果相比,双波长泵浦结构可以保证系统泵浦脉冲光的有效功率,提高系统的信噪比。