本发明涉及的是一种光纤传感领域的技术，具体是一种结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统。
背景技术：
1、现有基于双脉冲调制的分布式光纤传感技术虽然能实现多种传感，但是较基于单一机理的分布式光纤传感技术而言，其系统较为复杂，器件数量多。系统中器件数量越多，系统体积越大，器件之间的相互控制的难度也越大，在实际应用中存在局限。
技术实现思路
1、本发明针对现有动静态应变同时测量的分布式光纤传感系统的问题，提出一种结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，利用强度调制器同时实现移频和脉冲调制，将扫频脉冲作为探测脉冲，解决了原有系统的系统冗杂问题和空间分辨率、相干衰落等问题，显著提高振动测量的空间分辨率，通过在接收端前增加90°光桥，将强度调制器调制的正负边带同时接收并分离，得到布里渊增益谱和损耗谱用于温度应变传感，提高了频谱利用率；并利用正负边带的信号消除振动测量中衰落点的影响，利用扫频脉冲的背向瑞利散射光作为探测光，省去了扫频过程，将系统测量速度提升百倍。
2、本发明是通过以下技术方案实现的：
3、本发明涉及一种结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，包括：依次相连的光调制器、光偏振开关、掺铒光纤放大器、光环形器和待测光纤以及与光环形器的第三端口相连的偏振分集系统及其信号处理系统，其中：同一个激光光源分别输出激光信号至光调制器和偏振分集系统，同一个射频信号源分别输出射频信号至光调制器、输出参考时钟和触发脉冲至信号处理系统，信号处理系统利用采集到的信号的正负边带，经双边带解调得到待测光纤的动静态变量信息。
4、所述的信号处理系统包括：传感器组、数据采集卡和数据处理器。
5、所述的传感器组包括四组平衡光电探测器。
6、所述的同一个激光光源是指：激光器和与之相连的光纤耦合器，其中：激光器输出单频连续光，经光纤耦合器后被分为两路，一路作为本地振荡光参与后续光纤中散射光的相干接收，一路作为信号光参与后续的移频和脉冲调制。信号光一路被光调制器进行强度调制，在频域上产生频移，在时域上被脉冲调制。被调制后的脉冲进入光偏振开关之后被调制成特定的偏振态，之后进入掺铒光纤放大器进行功率放大。功率放大后的光脉冲经光环形器进入待测光纤，在光纤中发生背向散射。背向散射光经光环形器与本地振荡光一起进入接收系统被相干接收，实现光电转换。
7、所述的光纤耦合器为保偏耦合器，分光比为50/50。
8、所述的同一个射频信号源，通过一个射频发射器实现，其在每一个探测周期产生一个用于探测动态变量的扫频脉冲和一个用于探测静态变量的单频脉冲，其中：探测脉冲的背向瑞利散射光用于测量待测光纤的动态变量；探测脉冲的背向瑞利散射光同时探测光与泵浦脉冲构成泵浦-探测对，用于测量光纤上的静态变量信息，扫频脉冲和单频脉冲的频率和脉冲宽度不同，需根据测量范围、光纤布里渊频率、空间分辨率等因素考虑，优选泵浦脉冲频率高于探测脉冲的中心频率。
9、所述的探测脉冲的正边带中心频率为frp，负边带中心频率为frn。
10、所述的泵浦脉冲的正边带中心频率为fbp，负边带中心频率为fbn，其中：fb与fr之间相差一个布里渊频移，所以当探测脉冲在光纤中每一点的背向瑞利散射光之和(频率覆盖整个扫频范围fsweep)与泵浦脉冲相遇时会发生受激布里渊散射。利用短时傅里叶变换计算出背向瑞利散射光的频谱，在正边带部分，fbp大于frp，功率由泵浦脉冲转移至探测脉冲的背向瑞利散射光，在背向瑞利散射光的正边带频谱上可获取布里渊增益谱；在负边带部分，frn大于fbn，功率由探测脉冲的背向瑞利散射光转移至泵浦脉冲，在背向瑞利散射光的负边带频谱上可获取布里渊损耗谱。
11、所述的光调制器为强度调制器，通过调节直流电压源的输出电压使光调制器工作在载波抑制模式，通过射频信号发生器输出的射频脉冲信号控制光调制器的输出为一个光脉冲对，其频率和脉冲宽度由输入的射频脉冲信号决定，优选光脉冲对的中心频率相差一个光纤的布里渊频移。
12、所述的光偏振开关通过电压控制对输入光信号的偏振态进行调制，在不同的高电平和低电平两种控制电压下，光偏振开关的输出光的偏振态为两个相互正交的偏振态，称为p态和s态。为了光纤中泵浦-探测对的偏振失配导致的光纤布里渊谱不均匀的问题，需要将s态脉冲产生的信号与p态脉冲产生的信号相互叠加，得到均匀的布里渊谱。
13、所述的接收系统中集成90°相移光桥并具有两个光输入口和八个光输出口，八个光输出口分别为两种相互正交的光偏振态下的相干接收之后的光信号实部和虚部，四种光分别被四个参数相同的平衡光电探测器接收，实现光电转换。
14、所述的信号处理系统包括：动态变量检测单元以及静态变量检测单元，其中：动态变量检测单元根据偏振分集系统相干接收得到的探测脉冲的背向瑞利散射光，利用正负两个边带的扫频方向不同，使用对应扫频方向的匹配滤波器进行脉冲压缩，即匹配滤波后，得到两个边带各自对应的背向瑞利散射光，提取其相位信号，进行差分处理，得到动态变量结果；静态变量单元根据偏振分集系统相干接收得到的探测脉冲的背向瑞利散射光，计算出背向瑞利散射光的频谱，利用频谱中两个边带上的布里渊增益谱和布里渊损耗谱相结合计算，进行提取布里渊频移的处理，得到静态变量结果。
15、技术效果
16、与现有技术相比，本发明利用光调制器同时实现移频和脉冲调制，结合所提出的双边带解调方案实现了在保证系统动静态同时测量的功能的情况下，实现系统结构的精简。并可以将动静态变量同时测量的系统中的振动空间分辨率从原有的m量级提升至cm量级、静态参量测量范围扩大至数百mhz，同时抑制了相干衰落点对振动测量的影响，且能同时利用布里渊增益谱和布里渊损耗谱测量静态参量。
1.一种结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征在于，包括：依次相连的光调制器、光偏振开关、掺铒光纤放大器、光环形器和待测光纤以及与光环形器的第三端口相连的偏振分集系统及其信号处理系统，其中：同一个激光光源分别输出激光信号至光调制器和偏振分集系统，同一个射频信号源分别输出射频信号至光调制器、输出参考时钟和触发脉冲至信号处理系统，信号处理系统利用采集到的信号的正负边带，经双边带解调得到待测光纤的动静态变量信息。
2.根据权利要求1所述的结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的同一个激光光源是指：激光器和与之相连的光纤耦合器，其中：激光器输出单频连续光，经光纤耦合器后被分为两路，一路作为本地振荡光参与后续光纤中散射光的相干接收，一路作为信号光参与后续的移频和脉冲调制，信号光一路被光调制器进行强度调制，在频域上产生频移，在时域上被脉冲调制，被调制后的脉冲进入光偏振开关之后被调制成特定的偏振态，之后进入掺铒光纤放大器进行功率放大，功率放大后的光脉冲经光环形器进入待测光纤，在光纤中发生背向散射，背向散射光经光环形器与本地振荡光一起进入接收系统被相干接收，实现光电转换。
3.根据权利要求1所述的结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的同一个射频信号源，通过一个射频发射器实现，其在每一个探测周期产生一个用于探测动态变量的扫频脉冲和一个用于探测静态变量的单频脉冲，其中：探测脉冲的背向瑞利散射光用于测量待测光纤的动态变量；探测脉冲的背向瑞利散射光同时探测光与泵浦脉冲构成泵浦-探测对，用于测量光纤上的静态变量信息，扫频脉冲和单频脉冲的频率和脉冲宽度不同且泵浦脉冲频率高于探测脉冲的中心频率。
4.根据权利要求1所述的结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的光调制器为强度调制器，通过调节直流电压源的输出电压使光调制器工作在载波抑制模式，通过射频信号发生器输出的射频脉冲信号控制光调制器的输出为一个光脉冲对，其频率和脉冲宽度由输入的射频脉冲信号决定。
5.根据权利要求1所述的结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的信号处理系统包括：动态变量检测单元以及静态变量检测单元，其中：动态变量检测单元根据偏振分集系统相干接收得到的探测脉冲的背向瑞利散射光，利用正负两个边带的扫频方向不同，使用对应扫频方向的匹配滤波器进行脉冲压缩，即匹配滤波后，得到两个边带各自对应的背向瑞利散射光，提取其相位信号，进行差分处理，得到动态变量结果；静态变量单元根据偏振分集系统相干接收得到的探测脉冲的背向瑞利散射光，计算出背向瑞利散射光的频谱，利用频谱中两个边带上的布里渊增益谱和布里渊损耗谱相结合计算，进行提取布里渊频移的处理，得到静态变量结果。
6.根据权利要求1所述的结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的解调，由于光纤上的振动会改变光纤背向瑞利散射光的相位，可将平衡光电探测器接收到的信号组合成的两种偏振状态下的复信号分别解调，具体为：取一种偏振状态下的复信号，先进行匹配滤波得到等效窄脉冲的散射信号，之后的解调过程都使用等效窄脉冲的散射信号。
7.根据权利要求5或6所述的结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的匹配滤波，使用与正负边带对应的，不同的匹配滤波器分别对正负边带进行互相关操作，得到正边带的等效窄脉冲的散射信号和负边带的等效窄脉冲的散射信号，分别进行后续操作，另一种偏振状态操作相同，将两种偏振态下，两个边带的信号都进行相同的差分解调，具体为：通过将一段时间内等效窄脉冲的散射信号进行取相位以及在时间和空间上进行相位相减之后检测出光纤上的振动信号，最后将四种信号解调得到的差分相位结果叠加，得到最终的振动信号测量结果。
8.根据权利要求3所述的结构优化的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的扫频脉冲的扫频函数为其中，f0为起始扫频频率，为扫频速率，则正边带的滤波函数为负边带的滤波函数为
9.一种基于权利要求1-8中任一所述系统的传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
