研究背景与目的：

相位敏感光时域反射（Φ-OTDR）系统因其长距离探测、高灵敏度和抗电磁干扰等优势，被广泛应用于周界安防、管道监测、电力监测和结构健康检测等领域。

为优化Φ-OTDR系统的信号解调质量、空间分辨率及振动定位性能，本研究基于外差相干探测的Φ-OTDR系统，研究了IQ解调中低通滤波器（LPF）截止频率对系统性能的影响。

实验原理：

Φ-OTDR系统通过检测传感光纤中的瑞利背向散射（RBS）信号来提取外界环境施加的振动信息。

欠采样原理：高频带信号在欠采样情况下会被搬移到低频区段内，需避免频谱重叠或丢失。

IQ解调过程：BPD输出的电信号通过数据采集卡进行欠采样并转换为数字信号，随后与正交信号相乘得到两路正交信号，通过LPF滤除混叠信号和二倍频信号，最终通过I、Q信号实现振幅和相位的解调。

实验装置与参数设置：

实验装置包括窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、平衡探测器和数据采集卡等。

实验中设置了五种不同截止频率（12.5、10、7.5、5、2.5 MHz）的LPF进行对比分析。

实验结果及分析：

LPF截止频率对解调信号质量的影响：当LPF截止频率为7.5 MHz时，解调信号的信噪比（SNR）达到最高值（40 dB），且不同采样点间的信号质量更稳定。截止频率过高会增加噪声功率，过低则会损失基带信号。

LPF截止频率对系统空间分辨率的影响：实验结果表明，LPF截止频率对系统空间分辨率无明显影响，但对振动定位存在一定误差（约2~5 m）。

不同振动频率下的信号解调：对于不同振动频率的信号，7.5 MHz的LPF在振动信号峰值两侧的噪声功率相对较低，整体噪声水平较低。

适用性分析：

过采样条件下的仿真实验表明，在不同采样率下，不同截止频率的LPF对信号解调质量有影响，但7.5 MHz的LPF在较高采样率下表现最佳。

对于其他扰动行为（如人为敲击信号）的监测，该方法同样有效。

结论：

当LPF通带截止频率为7.5 MHz时，Φ-OTDR系统的解调信号质量最佳，且不同采样点之间的信号质量更稳定。

LPF截止频率对系统空间分辨率无明显影响，但对振动定位存在一定误差。

该方法在过采样条件及其他不规则扰动行为监测中表现出良好的适用性。

未来工作：

尽管本研究取得了一定成果，但仍存在局限性，如实验仅在特定参数范围内进行验证。未来可进一步缩小步长以优化LPF参数，并探索更多应用场景下的表现。