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在未使用偏振分集前，如果瑞利散射信号与参考光的偏振 比。因此 采用高速率数据采集卡可以使两点间时差减小从而得
状态不匹配，在某些位置上的信号强度会接近于0，信号淹没 到较高信噪比，但与此同时数据处理量也会成倍提高，影响系
在噪声中，导致系统出现漏误报，影响系统性能。本文使用了 统实时性。
偏振分集模块后，瑞利散射信号分成了S光和P光分别与参考光 根据系统中脉冲宽度大小以及数据采集卡的采样速率，将
的S光和P光相干涉，在光纤的某些位置上，当S路相干光接收到 若干个采样点相位做累加。例如数据 采集卡采样率是250MB/
的强度接近于0时，其P路相干光接收到的强度会变大，反之亦 s，系统脉冲宽度是100ns(定位精度10m)，则将25个采样点（采
然。通过算法可将同一位置点解调出来的P光和S光信号联合处 样一个点时间为4ns，对应脉冲宽度100ns需要25个采样点时间
理，选取强度较大的信号，实现抗偏振衰落，从而解决DAS系统 t 1 ~t 25 ）为一组，求其相位和，表达式如下：
的漏误报问题。 φ(t 1 )=φ(t 1 )+φ(t 2 )+φ(t 3 )+......+φ(t 25 )
2. 基于偏振分集技术的 DAS 系统理论分析过程 φ(t n )=φ(t n+1 )+φ(t n+2 )+φ(t n+3 )+......+φ(t n+25 ) (6)
1
其中，φ(t )表示第一组25次采样点的相位和，φ(t 1 )……
图 1 偏振分集 DAS 系统原理图
φ(t 25 )表示25次采样的相位，φ(t n )表示第n组采样后25次采样点
的相位和。
由于采用偏振分集接收，另一路光路获得类似相位信息，
这时我们在相位和上加入P和S的下标以示区别，最终相位信号
n
号 , φp,s(t )为2个光信号相位（P光、S光）相加：
n
n
n
φp,s(t )=φp(t )+φs(t ) （7）
则相邻两组数据间的相位差表示其相位变化量大小的表达
式为：
n
n
n-1
Δφp,s(t )=φp,s(t )-φp,s(t ) （8）
采集卡触发一次采集一组数据，多次采集得到多组数据。
求每组数据中相邻两组间的相位差后 得到一个二维矩阵RMN(M
光电检测模块中任意一路输出的电流信号可以表示如下式 是数据采集卡采样组数，N是数据采集卡采样一次后通过上述运
所示： 算得到的 相位差的数量)，将矩阵转置为RNM矩阵,求其相位标
I(t) =E 0 R(t)cos(2pf b t+q fut (t)+q(t 0 )-q(t)) (1) 准差就能获得最终振动信号。
其中，E 0 表示激光器出射光的场强幅度，t 0 表示初始时间， 二、结果和分析
R(t)表示光纤的瑞利散射系数，f b 为拍频频率，q(t)为激光器
图 2 实验环境图
输出的激光相位信号，表示外界信号振动导致的被测光纤相位
改变量,q(t 0 )-q(t)表示激光器的相位噪声。随着探测光纤的长
度增加，q(t 0 )-q(t)的值会不断增大，干扰到瑞利散射光的相
位信号，其表现形式是系统的相位噪声随着光纤长度增加而增
加，最终淹没瑞利散射光的相位信息，所以系统需要选用窄线
宽激光器以降低这一部分的相位噪声。式（1）经希尔伯特变换
后，拍频信号会加上90°的相移，可以表示为：
H(t)=E 0 R(t)sin(2(pf b t+q fut (t)+q(t 0 )-q(t) (2)
根据式（2）和式（3），可以求得相位信号φ(t)和强度信
号A(t)分别如下：
φ(t)=arctan(H(t)/I(t))
2
A(t)=H(t) + I(t （3）
另外，平衡探测器噪声也会对相位的提取产生影响，对相
位提取的信号可以写成如下的表达式：
S（t）= A（t）cos(wt+φ)+ N(t) (4)
A(t)表示幅度，φ表示提取出来的相位，N(t)表示平衡探测 为了验证偏振分集后的效果，本文使用模态激振器、信号
器的电噪声。 发生器进行试验，试验环境搭建如图2所示。将一段光纤用扎带
经过相位提取后，可以计算待测光纤上任意两个采样点时 固定在模态激振器上，信号发生器为模态激振器提供正弦波振
间(t1,t2)间的相位信号差分值为： 动信号，其频率输出即为模态激振器振动频率，其信号幅度即
Δφ(t 1 ,t 2 )=q fut (t 1 )-qfut(t 2 )-(q(t 1 )-q(t 2 )) （5） 为模态激振器振动强度。
激光器相位噪声正相关于时间差(t 0 -t)(t=t 1 或t 2 )，即两 通过分析采集到的数据得到P光和S光原始拍频信号的多组
点探测距离。如果时间差减小到一定值以下，则相位噪声可以 曲线图，如图3所示。可以看出，瑞利散射光和参考光相干后，
被抑制到一定范围内，其提取到的相位信号可以得到较好信噪 信号幅值在同一偏振状态下，基本呈现出相似的空间变化，但
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