本发明属于光纤传感，涉及一种在分布式相干光纤传输系统中的偏振无关相干接收方法。
背景技术：
1、光纤传感器家族中的重要一支—光纤分布式声波传感器(das)，在最近几年成为了光纤传感领域的研究和投资热点。das由解调仪和光纤两部分组成，光纤对环境振动很敏感，每一小段光纤都可视为独立的振动传感器，这些传感器能够同时工作，检测作用在光纤上的振动，并且能够准确地定位振动的位置；另外das可以高保真地获取振动信号的波形，提取幅度、频率、速度和加速度等信息，用于后续的分析。das的传感距离很长，一般为数十公里，结合分布式光放大等技术可达到百公里量级，且空间分辨率一般为米量级，因此das可以轻易实现长距离和高密度的分布式传感；光纤是无源器件，使用时只需给das解调仪供电即可，将光纤布置在需要传感的环境，而将解调仪布置在远处房屋中，供电问题可以很好地被解决，而且很安全；光纤同时也能用于通信，具有极大的通信带宽，所以das可以很轻易地实现大量的传感数据的传输。相比于传统的振动传感器，得益于以上提到的特点，das系统在多个重要的应用领域内有着巨大优势。
2、das的最大问题是可靠性较差。因为光的偏振效应，传感光纤上某些区域的瑞利散射信号的强度信噪比会非常差，提取出的相位项的噪声功率很大，进而导致这些区域的应变分辨率非常差，甚至完全失去了传感的能力，这些区域被称为“死区”，这严重影响了das系统的可靠性。这种现象主要是因为光在单模光纤中传输时偏振态会发生变化，瑞利背向散射光的偏振态也会跟着发生变化，与本地参考光的偏振态不匹配，所以瑞利散射光与本地参考光干涉的结果，会乘上一个衰减系数，所以光电探测器输出的光电流信号也会出现强弱波动，这种现象被称为偏振衰落。
3、为了消除偏振衰落所引起的“死区”。2011年，加拿大渥太华大学的研究人员将保偏光纤作为传感光纤，探测光的偏振态与本地光的偏振态都不会不发生改变，所以不存在偏振衰落问题，但是保偏系统的价格昂贵，该系统成本较高，无法做长距离传感应用；2016年，上海交通大学的研究人员将偏振分集系统引入das系统，因为两个垂直偏振态的瑞利散射光的“死区”位置不同，将两个不同偏振态瑞利散射光信号结合，可以有效的减少由于偏振衰落导致的“死区”。然而，偏振分集系统会增加接收系统的复杂度，引起成本的增加。
技术实现思路
1、本发明正是为了解决上述问题缺陷，提供一种偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统及使用方法。
2、本发明采用如下技术方案实现。
3、一种偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，所述系统包括窄线宽激光器、第一耦合器、声光调制器、第一光放大器、第一光滤波器、环形器、光纤、第二光放大器、第二光滤波器、第二耦合器；
4、所述窄线宽激光器、第一耦合器、声光调制器、第一光放大器、第一光滤波器、环形器、光纤依序连接；
5、所述环形器、第二光放大器、第二光滤波器、第二耦合器依序连接；
6、所述第一耦合器与第二耦合器连接。
7、进一步为，本发明所述系统包括偏振分束器；所述偏振分束器设置在第一耦合器与第二耦合器之间；即第一耦合器通过偏振分束器与第二耦合器连接。
8、进一步为，本发明所述系统包括偏振分束器；所述偏振分束器设置在第二光滤波器与第二耦合器之间；即第二光滤波器通过偏振分束器与第二耦合器连接。
9、进一步为，本发明所述系统包括驱动模块和脉冲源；所述脉冲源通过驱动模块与声光调制器连接。
10、进一步为，本发明所述第二耦合器为3x3耦合器；即3x3耦合器包括三个输入端口和三个输出端口；三个输入端口分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口；三个输出端口分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口。
11、进一步为，本发明所述第二耦合器为3x3耦合器；即3x3耦合器包括三个输入端口和三个输出端口；三个输入端口分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口；三个输出端口分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口；
12、所述第一输入端口与第二光滤波器连接；
13、所述第二输入端口和第三输入端口均与偏振分束器连接。
14、进一步为，本发明所述3x3耦合器的第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口分别与三个不同的低通滤波器对应连接。
15、使用本发明所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统的方法，所述方法包括以下步骤：
16、步骤1)窄线宽激光器发出的光首先通过第一耦合器一分为二，其中一路经过声光调制器，其中声光调制器被驱动后的脉冲源所调制；
17、步骤2)经过声光调制器后的光被第一光放大器放大并通过第一光滤波器进行滤波，并通过环形器后进入待测光纤；
18、步骤3)光纤瑞丽背向散射回来的光再经过第二光放大器和第二光滤波器后输入3×3耦合器的第一输入端口；
19、步骤4)窄线宽激光器的另外一路光通过一个偏振分束器后，偏振分束器的两路输出光再分别输入3×3耦合器的第二输入端口和第三输入端口；
20、步骤5)3×3耦合器的三个输出光信号经第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口再分别进入3个光电探测器形成3路模拟电信号；
21、步骤6)3路模拟电信号再分别通过三个不同的低通滤波器以及平方操作器后相加，最后再通过数据采集模块转换为电信号作后续数字信号处理来判断出待测光纤发生突变的位置。
22、另一种结构，进一步为，本发明所述第二耦合器为3x3耦合器；即3x3耦合器包括三个输入端口和三个输出端口；三个输入端口分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口；三个输出端口分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口；所述偏振分束器分别与第一输入端口、第二输入端口连接；所述第三输入端口与第一耦合器连接。
23、使用本发明所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统的方法，所述方法包括以下步骤：
24、步骤1)窄线宽激光器发出的光首先通过第一耦合器一分为二，其中一路经过声光调制器，其中声光调制器被驱动后的脉冲源所调制；
25、步骤2)经过声光调制器后的光被第一光放大器放大并通过第一光滤波器进行滤波，并通过环形器后进入待测光纤；
26、步骤3)反射回来的光信号经过偏振分束器分成两路以后，分别进入3×3耦合器的第一输入端口和第二输入端口；
27、步骤4)窄线宽激光器的另外一路光直接进入3×3耦合器的第三输入端口；
28、步骤5)3×3耦合器的三个输出光信号经第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口再分别进入3个光电探测器形成3路模拟电信号；
29、步骤6)3路模拟电信号再分别通过三个不同的低通滤波器以及平方操作器后相加，最后再通过数据采集模块转换为电信号作后续数字信号处理来判断出待测光纤发生突变的位置。
30、本发明的有益效果为，本发明提出了两种基于3×3耦合器的结构以实现对反射信号的偏振无关接收。第一种是在接收端将本振光分为两束互相垂直的光并和信号光一起进入3×3耦合器的3个输入端口。第二种是在接收端将反射回来的信号光分为两束互相垂直的光并和本振光一起进入3×3耦合器的3个输入端口。在3×3耦合器的3个输出端口，两种方案的结构是一样的。将3个输出端口的信号分别输入3个光电探测器，并对3路电信号求平方和以及低通滤波，从而可以实现对反射光信号的监测。
31、下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步解释。
1.一种偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，其特征在于，所述系统包括窄线宽激光器、第一耦合器、声光调制器、第一光放大器、第一光滤波器、环形器、光纤、第二光放大器、第二光滤波器、第二耦合器；
2.根据权利要求1所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，其特征在于，所述系统包括偏振分束器；所述偏振分束器设置在第一耦合器与第二耦合器之间；即第一耦合器通过偏振分束器与第二耦合器连接。
3.根据权利要求1所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，其特征在于，所述系统包括偏振分束器；所述偏振分束器设置在第二光滤波器与第二耦合器之间；即第二光滤波器通过偏振分束器与第二耦合器连接。
4.根据权利要求1所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，其特征在于，所述系统包括驱动模块和脉冲源；所述脉冲源通过驱动模块与声光调制器连接。
5.根据权利要求2或3所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，其特征在于，所述第二耦合器为3x3耦合器；即3x3耦合器包括三个输入端口和三个输出端口；三个输入端口分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口；三个输出端口分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口。
6.根据权利要求2所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，其特征在于，所述第二耦合器为3x3耦合器；即3x3耦合器包括三个输入端口和三个输出端口；三个输入端口分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口；三个输出端口分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口；
7.根据权利要求3所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，其特征在于，所述第二耦合器为3x3耦合器；即3x3耦合器包括三个输入端口和三个输出端口；三个输入端口分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口；三个输出端口分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口；
8.根据权利要求6或7所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统，其特征在于，所述3x3耦合器的第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口分别与三个不同的低通滤波器对应连接。
9.使用权利要求6所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
10.使用权利要求7所述的偏振无关的相干光相位敏感时域反射系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
