ヘテロダインΦ-OTDRにおけるシングルサイドバンドスペクトル切断と回転ベクトル和を用いたリアルタイム位相復調法

科学分野:

• フォトニクスおよび光センシング
• 信号処理
• 計測

背景:

• リアルタイム位相復調は、実用的なアプリケーションにおける位相感度光時間領域反射測定（Φ-OTDR）にとって重要です。
• 既存の手法は、レイリー後方散乱（RBS）位相復調の高速化において計算上の課題に直面しています。

研究 の 目的:

• Φ-OTDRのための、計算効率の高い新しい位相復調スキームを提案し、検証すること。
• 要求の厳しい現場および長期モニタリングアプリケーションでリアルタイム性能を可能にすること。

主な方法:

• シングルサイドバンドスペクトル切断および回転ベクトル和（SSB-SI-RVS）位相復調スキームを導入しました。
• リアルタイム処理のために、SSB-SI-RVS手法をグラフィックス処理ユニット（GPU）プラットフォームに実装しました。
• 実験的テストを通じて、SNR、ノイズフロア、空間分解能を含む性能指標を検証しました。

主要な成果:

• SSB-SI-RVSスキームは計算負荷を効果的に低減します。
• 実験的検証により、スキームの有効性が確認され、理論的要求の3.6倍のリアルタイムレートが達成されました。
• 提案手法は、デジタルI/Qおよびヒルベルト変換手法と比較して、平均リアルタイムレートが6.41dB以上改善され、同等の性能指標を示しました。

結論:

• SSB-SI-RVS手法は、リアルタイムΦ-OTDRのための簡単で効果的なアプローチを提供します。
• この進歩は、石油・ガス産業における坑井内モニタリングなどの実用的な現場および長期アプリケーションに適しています。