在外差相干性Φ-OTDR系统的信号处理过程中，中频（IF）信号的滤波器设计长期依赖于经验参数，导致噪声抑制与信号保真难以兼顾。中心团队针对这一问题，结合光纤内随机散射点叠加模型与相位调制信号模型，解析了中频信号的光谱特性及其对解调性能的影响。研究发现，Φ-OTDR中频信号存在不对称性，传统双边带处理在低载噪比场景下会显著恶化解调效果；通过构建包含Parseval信噪比（Pa-SNR）、峰峰值（P-P）和传统信噪比（SNR）的多维度评估体系，提出了适用于不同场景的准匹配滤波器设计方法：对于CIC型滤波器，级联不超过3级低抽头滤波器可在控制计算复杂度的同时有效抑制阻带泄漏；对于FIR型滤波器，通带截止频率需至少为脉冲宽度倒数的2.43倍，且需规避截止频率附近0.8倍过渡带范围内的纹波干扰区域。团队通过理论推导与仿真验证，揭示了脉冲宽度、过渡带宽等参数与解调性能的定量关系，解决了传统滤波器设计中参数设置的盲目性问题。
图1 相关工作示意图
该研究不仅建立了基于信号物理机制的滤波器设计框架，还为实际工程中优化系统动态范围、提升抗噪声能力提供了关键依据，推动Φ-OTDR技术从经验设计向精准建模的转变，对促进分布式光纤传感在复杂环境下的可靠应用具有重要意义。相关成果以《Study on the spectral characteristics of IF signals and its influence on the performance of heterodyne Φ-OTDR》为题发表在光学领域国际知名期刊《Optics Express》。
图2 论文扉页
论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.559338