中文摘要：

基于布里渊散射的分布式光纤温度和应力传感是管道、桥梁、隧道、地铁、大坝及智能蒙皮等在线监测的重要手段之一。测量精度、传感距离和空间分辨率是这些应用的重要技术指标。本研究以前期研究为基础，在自发布里渊光纤传感中引入零相关窗互补码组，探索其在布里渊光纤传感中的编解码方法，以提高传感系统的信噪比和动态范围，并消除码组的相关性引起的非定域性问题；研究编码后脉冲序列在传感光纤中的传播特性，避免受激布里渊散射和色散引起的测量误差；从稳态布里渊耦合方程组出发，对温度和应力变化判据进行修正，解决由于泵浦光损耗、温度/应力分布不均匀而引起的非定域性问题，提高温度/应力测量精度；结合实测谱线与参考谱线的差值、二次求导等多种信号处理技术手段和频谱重建算法，对谱线拟合中的基底谱函数个数和其中心频率进行合理设置，优化谱线拟合速度和精度，实现单峰情况下微小区域范围内温度/应力变化的高精度测量。

结论摘要：

第一、结合小波去噪技术，完成了单峰和多峰情况下布里渊增益谱的谱线拟合。结果表明，采用谱线拟合技术，可以将由泵浦脉冲宽度所决定的空间分辨率提高100倍。比如采用10ns泵浦脉冲，只能实现1m的空间分辨率，但是，采用谱线拟合后，可实现1cm的空间分辨率。第二、完成了零相关窗互补码产生的软硬件设计，基于FPGA实现了32位码长的零相关窗互补码。第三、分析了编码技术所带来的信噪比改善，即编码增益。通过本项目的研究，我们得到了一个与传统观点不一致的结论。传统观点认为，编码增益近似（具体值与编码类型有关）与码长的均方根成正比，因此，码长每增加一倍，增益近似增加1.5dB。但是我们通过研究发现，这个结论成立的条件是编码系统的散粒噪声远远小于热噪声。然而，编码系统的散粒噪声与热噪声之比与码长成正比，因此，随着码长的增加，编码增益的增加速度会逐渐下降，最后，编码增益几乎不会随着码长的增加而增加，具体原因我们将在后面给出。第四、研究了不同类型编码的频谱特性。我们知道，布里渊增益谱是泵浦脉冲频谱和本征布里渊增益谱的卷积，因此，泵浦脉冲脉宽越小（频谱宽度与脉宽成反比），布里渊增益越小、布里渊增益谱越宽，布里渊效应越微弱，且布里渊频移的测量精度越低。所以常规时域布里渊传感的空间分辨率为1m。然而，采用编码后，泵浦信号由单个脉冲信号变成脉冲序列，这时频谱特性将会发生变化。现有编码类型中，S码比格雷码的增益大，因此，S码引起了更多的重视。然而，我们研究发现，经S码编码后的脉冲序列，其频谱压缩效果比格雷码要差很多。比如对于脉冲宽度为0.1ns，长度为2047的S码序列，其3dB谱宽远大于100MHz，近似为5GHz，而脉冲宽度为0.1ns、长度为2048的格雷码，其3dB谱宽小于100MHz，这样0.1ns、码长为2048的格雷码应用于布里渊传感时不会引起布里渊增益谱的明显展宽，从而可实现1cm的空间分辨率。第五、结合本项目的研究，我们积极参与了企业的技术开发，并获中国质量评价协会科技创新-科技创新成果优秀奖。本项目共发表论文12篇，其SCI收录3篇，EI收录11篇。获国家发明专利2项，另外目前受理国家发明专利7项。获中国质量评价协会科技创新-科技创新成果优秀奖1项。获软件著作权1项。