1.1研究目的及意义

随着光纤光栅传感器的发展，大规模光纤光栅传感网络越来越受到人们的重视，在实际中的应用也越来越多。在大规模光纤光栅传感网络中，限制光纤光栅传感器大量实际应用的主要障碍是传感信号解调降噪。由于噪声对光纤光栅传感测量精度产生干扰，影响光纤光栅传感的实际应用效果，解调系统的优劣直接关系到整个传感系统的稳定性和精确性。因此，光纤光栅传感信号解调降噪是光纤光栅传感器应用的关键技术之一。有效的进噪声消除对行光纤光栅传感器的技术发展以及在实际中的应用具有非常重要的意义。

目前大规模传感网络存在着随传感距离的增大，末端光纤光栅阵列信噪比差等问题，这些问题将限制光纤光栅传感网络的有效复用容量，也会影响传感网络的解调精度。为了实现大规模光纤光栅阵列信噪比的提高，目前研究人员大多采用多次采样取平均的方式来进行降噪。然而，采用大量采样取平均的方式，将会大大降低系统的解调速度，在对速度与精度有要求的实际工程应用中，这是不可取的方法。早期还有的研究人员通过使用傅里叶变换或小波变换来对光纤光栅传感信号噪声进行消除，从而希望能够提高传感器的解调速度或者提升信号质量，但是两种方法分别存在解调精度不理想和技术难度较大的原因，并且小波变换自身的计算方式非常复杂，在选择阈值时非常重要，在实际应用过程中也是不理想的，随着技术的发展，这两种方法的应用也变少。为了解决上述问题，本文在光纤光栅传感网络中引入Golay互补码调制技术的光纤光栅阵列解调方法，这种方法利用具有互补自相关特性的编码序列，实现了在仅仅四次数据采样下，就可以完成光纤光栅传感网络的解调，并且此种基于脉冲编码的解调方式，所得信噪比大大提升。相对于目前大部分应用的多次采样取平均和高斯拟合等方法，即提高了解调速度，也提升了解调精度。本文利用的Golay互补码调制技术，理论简洁，实验平台搭建相对简单，在实际应用中也比上述几种方法具备更大的优势。这对快速且高信噪比的解调大规模传感网络存在很大的意义。

1.2国内外研究现状

光纤布拉格光栅（FBG）传感器在科学研究和工程应用中显示出其独特的优势。目前，FBG传感器的复合模式是长距离、大容量、准分布式全同等间距光纤光栅阵列。为了达到上述目的，FBG阵列应为弱反射率光纤光栅阵列。对于弱反射率的光纤光栅，在组建大规模光纤光栅传感网络时，会使末端信号信噪比低。通常，研究人员采用平均方法来改善信噪比，但在大量数据采集中，多次采样取平均会消耗很多时间。且在工程应用中，监测系统对解调速度有明显的需求。为了实现一定的解调速度和解调精度，传统的数据处理仅使用较少的平均。因此，有必要找到一种在较短时间内改善SNR的有效方法。

关于光纤传感领域的降噪方法，研究人员借鉴了编码技术。特别在光纤散射降噪方面，光脉冲编码技术已经成熟地用于改善信噪比和动态范围。M. Nazarathy首先提出了一种新的相关技术，该技术使用具有互补自相关特性的编码序列来提高OTDR系统的性能。此外，大量研究人员人员探索了具有自相关互补性质的Simplex Code, CCPON Code与Golay Code等编码序列，将其用于生成编码光脉冲，以改善信噪比、动态范围和空间分辨率。在这些互补序列中，由于Golay Code编码方式简单且解调算法易于实现，因而在众多的降噪系统中常使用Golay Code，本文中即采用Golay Code互补序列调制光脉冲来降低系统噪声。

在FBG阵列中使用编码光脉冲技术方面，已报到了许多关于不同中心波长和高反射率的FBG阵列解调相关的报道。M.M. Elgaud等人使用了256位Golay互补码实现了9dB信噪比改善，同时传统单脉冲解调结果相比，Golay互补码还将应变响应度扩展了高达30％。武汉理工大学黎威等人作者利用CDMA技术与Golay Code技术设计了具有不同中心波长FBG阵列的解调系统，仿真实验表明将CDMA技术与光纤光栅传感系统结合在一起是成功的。