干涉型分布式光纤传感定位技术基于相位调制原理,因其高灵敏度的传感特性得到广泛的关注与重视。本文针对现有的分布式光纤传感定位技术中存在的问题,以实现高精度、长距离的定位技术为目标,提出了一种基于波分复用的分布式光纤传感定位方案,并对其进行了全面研究。具体研究内容及成果如下：1、在介绍分布式光纤传感原理的基础上,重点研究了几种干涉型分布式光纤传感定位方法的理论模型,对其特点和不足进行了分析讨论,结果表明这些分布式光纤定位系统的探测灵敏度较高,但其传感结构限制了它们适用的传感范围。因此,研究长距离、高精度的扰动定位系统,必须从传感结构上进行突破。2、针对现有定位技术存在的监控距离短、激光器光源引起的光纤光路系统稳定性差以及扰动源激发频率范围受限等问题,提出了基于波分复用技术的分布式光纤传感定位系统方案,通过3×3耦合器构成两个独立的干涉光路,利用比较两路干涉信号频谱特性的方法获得扰动定位信息,详细分析和讨论了系统的基本结构和定位原理。3、研究了与系统相关的信号处理方法。对端点检测、小波去噪、相位还原及功率谱估计等问题进行了分析和讨论,提出了适合本系统的各种应用方法。特别是提出了一种新的利用3×3耦合器的两路输出干涉信号特征进行相位还原的方法,通过对输出信号进行直流补偿、归一化过程,实现对相位信号的准确解调。4、对系统的稳定性进行了研究和分析。在介绍单模光纤中偏振态不稳定原因的基础上,分别从理论计算和仿真分析两个方面比较了在传感系统末端引入反射镜和法拉第旋转镜时传感光纤上偏振态变化对系统稳定性的影响；提出并设计了一种新的用于稳定性分析的实验方法。理论分析和实验结果表明系统具有较高的稳定性。5、研究了基于波分复用的分布式光纤传感定位系统在具体定位实验中的应用。实验结果表明,本文提出的分布式光纤传感定位系统能够解决现有的光纤传感定位系统中存在的定位精度低以及传统的陷波点定位的局限性问题。主要创新点：1、提出了一种全新的基于频谱比值的定位算法。这种方法不仅可消除扰动信号幅度、频率成分变化对定位的影响,还可利用多个频率点曲线拟合的方法获得位置值,相对于传统的利用单点定位的陷波点方法显著减小了信号处理中误差的影响,大大提高了定位精度,此外,因其扰动位置的获取不依赖于扰动源激发某个特殊频率点,适用性更强,应用范围更广2、提出了一种全新的基于波分复用的分布式光纤传感定位系统结构,利用波分复用技术使得同一扰动获得两种不同的干涉信号实现定位。系统采用的是宽带光源,大大降低了激光光纤干涉系统中由于激光的强时间相干性带来的系统不稳定,光路不易受温度、偏振的影响,稳定性高。利用3×3耦合器的结构可以使系统工作在较灵敏的区域内,避免了使用相位偏置结构的问题。系统中使用的直线式结构解决了以往的环形结构中光纤屏蔽等问题。3、提出了一种新的利用3×3耦合器的两路输出干涉信号特征进行相位还原的方法,理论分析和实验表明该方法只需要输出两路具有一定初始相位差的干涉信号,且结构简单,没有微积分等复杂的数学运算,利于实现。研究的基于波分复用的分布式光纤振动传感器及其定位技术,将在干线监测、管道破坏行为预警及周界安防等领域得到广泛应用,具有重大的科学价值和潜在的社会经济效益。
