非線性頻率調制的光脈沖壓縮反射技術研究.pdf

1、光時域反射儀(OTDR)被廣泛應用在光纖鋪設和光纖故障監(jiān)測等?，F(xiàn)有的OTDR存在著空間分辨率和測量距離的矛盾關系。光頻域反射儀(OFDR)雖然空間分辨率較高，但其測量距離受限于光源的線寬，對激光器的要求較高。我們在OTDR和OFDR基礎上，提出一種新的反射測量技術：光脈沖壓縮反射測量技術(OPCR)。OPCR不僅有和OTDR相同的測量距離，同時也有和OFDR相比擬的空間分辨率，它能有效地解決空間分辨率和測量距離間的矛盾關系。采用線性調頻

2、脈沖的OPCR原理簡單易實現(xiàn)，壓縮后的脈沖寬度只與調頻范圍有關，與脈沖寬度無關，但邊帶影響較明顯。
　　本文提出基于非線性調頻的光脈沖壓縮反射技術，在已有的脈沖壓縮基本理論和線性調頻OPCR系統(tǒng)理論基礎上，仿真分析了非線性調頻脈沖的時間-頻率特性和自相關函數特性及參數對其影響，仿真分析了非線性調頻OPCR反射曲線的特性；實驗分析了各個電光器件對調頻脈沖信號的影響；實驗驗證非線性調頻的OPCR系統(tǒng)對旁瓣抑制優(yōu)于線性調頻。
　　

3、本文主要內容包括以下幾個方面：
　　（1）理論分析
　　理論分析和推導了非線性調頻脈沖壓縮和在OPCR系統(tǒng)中的應用。首先介紹了雷達系統(tǒng)中調頻脈沖壓縮的基本原理，包括 I/Q解調和匹配濾波；其次，分析線性調頻信號和非線性調頻信號的區(qū)別；再者，分析了調頻信號的自相關函數及其指標，包括：峰值旁瓣比(PSLR)，空間分辨率和積分旁瓣比(ISLR)；最后，建立非線性調頻 OPCR的系統(tǒng)理論模型，分析每個環(huán)節(jié)對非線性調頻信號及對OPCR

4、反射曲線的影響。
　　（2）數值仿真
　　根據上述OPCR系統(tǒng)的理論分析，數值仿真了不同情況下OPCR曲線的性能。首先，仿真單個調頻脈沖信號和其自相關函數，驗證非線性調頻信號自相關函數的PSLR明顯優(yōu)于線性調頻，仿真得到非線性調頻信號自相關函數的PSLR能達到60dB，遠高于線性調頻的13dB；其次仿真分析線性調頻“加窗”和非線性調頻的區(qū)別；最后，仿真分析了調頻信號的OPCR系統(tǒng)及參數alpha的影響。仿真結果表明：非線性調

5、頻OPCR曲線的PSLR優(yōu)于線性調頻，且非線性調頻能改善OPCR曲線的動態(tài)范圍。
　?。?）實驗驗證
　　搭建了實驗驗證平臺，主要驗證上述理論推導和數值仿真的正確性。首先，我們搭建了一個“直通”系統(tǒng)，驗證不同光電器件對非線性調頻脈沖信號性能的影響。分別測試了壓控振蕩器(VCO)，低噪放放大后和單邊帶調制器(SSBM)后的調頻脈沖信號質量。我們還搭建了一個OPCR系統(tǒng)，驗證了OPCR采用非線性調頻技術的OPCR曲線PSLR優(yōu)于