宁波联河光子技术有限公司
论文速递｜联河光子×上海交大 基于m序列编码的BOTDA长距离分布式光纤传感方案
宁波联河光子技术有限公司与上海交通大学产学研协同开展m序列编码BOTDA技术研究，相关成果刊发于IEEE Photonics Technology Letters。该方案利用m序列优良自相关特性优化脉冲编码机制，在降低泵浦峰值功率的同时获得编码增益，完成百公里级光纤链路验证，为长距离温度、应变分布式监测提供又一条可行的技术路径。
1、科普：什么是 BOTDA？
布里渊光时域分析（Brillouin Optical Time-Domain Analysis, BOTDA）属于典型的双向泵浦-探针型分布式光纤传感技术，依靠受激布里渊散射效应解调光纤沿线的布里渊频移，从而获取整条光纤的温度与应变分布。
对比 BOTDR，BOTDA 具备信号增益优势，更适配超长线缆监测，广泛用于油气长输管线、电力OPGW光缆、隧道、海缆等场景。
2、行业痛点：长距离 BOTDA 编码方案现存工程短板
脉冲编码是BOTDA提升信噪比的主流手段，现有各类编码方案各有局限，制约工程落地：
1） Golay码、单纯形编码：依赖补零线性相关，长码条件下难以做到满占空比注入，编码增益发挥受限；
2） 循环脉冲编码：容易引发系统全域噪声放大，实际难以拿到预期编码增益；
3） 遗传优化编码：码型生成、解调逻辑复杂，硬件移植难度高，不利于解调设备嵌入式实现；
4） 传统单脉冲方案：需要提高泵浦峰值功率，容易激发光纤非线性效应，带来链路损伤风险。
3、核心方案：m序列伪随机编码BOTDA
研究将扩频通信中广泛使用的m最长伪随机序列引入BOTDA泵浦光编码，依托序列优异的循环自相关特性做信号增强。
图1 m序列编码 BOTDA 系统光路框图
1） 周期延拓编码架构，实现高占空比信号注入
设置 m 序列周期大于光纤往返时延，采用周期循环相关解调，不做补零处理，充分利用光发射能量；
2） RZ归零码片设计规避声子串扰
码元“1”输出窄脉冲，码元“0”为空窗；相邻脉冲之间预留足够时间，布里渊声子充分消散，抑制脉冲间信号畸变干扰；
3） 解调算法轻量化，规避EDFA瞬态效应
解调采用简单互相关运算，便于在解调硬件内部嵌入式部署；声光调制器放置在EDFA后端，放大器输入保持连续光，消除编码调制带来的光放瞬态失真；泵浦平均功率低，普通商用光放即可驱动。
图2 BOTDA系统光路框图
4、实测数据｜101.2km光纤全维度性能验证
整套系统基于两段G.652-D 单模光纤级联链路开展测试，光纤总101.22 km，采用2047bit m序列编码，单频点采集2 s，扫描100个频点，总测量时长200 s，同步开展单脉冲BOTDA 对照实验。关键指标如下：
▫️ 测试光纤长度：101.2 km
▫️ 空间分辨率：4.4 m
▫️ 末端布里渊频移分辨率：1.28 MHz（对应应变约25.6 µε）
▫️ 信噪比提升：相比单脉冲方案，光纤前端信噪比提升9.3 dB；理论编码增益13.5 dB
▫️ 功率优势：编码方案泵浦峰值功率17.0 dBm，较单脉冲对照降低3 dB，抑制光纤非线性风险
关键实验验证
整套实验从编码增益、远端频谱质量、空间分辨能力、码长拓展特性四个维度对m序列编码BOTDA开展完整验证。
1） 编码增益对比验证
在完全一致硬件条件下，将2047-bit m序列编码方案与传统单脉冲BOTDA做对照测试。测试结果表明 m 序列编码可显著提升链路信噪比；受极化噪声、自发布里渊拍频噪声、探测噪声综合影响，实测编码增益与理论最大值存在一定差距。
图3 m序列编码与单脉冲方案全链路信噪比对比
2） 光纤远端信号重建与重复性验证
提取101.2 km光纤末端的布里渊增益谱，采用洛伦兹函数进行拟合，拟合匹配度良好。对全链路开展多次重复测量，布里渊频移输出结果稳定可复现，系统具备可靠的长距离测量能力。
图4 101.2km光纤末端BGS拟合、全线多次BFS测量与频移分辨率结果
3） 空间分辨率热点标定验证
在被测光纤远端选取一段光纤开展局部加热标定实验，模拟现场局部温度异常。实测升温区间上升沿 3.9 m、下降沿 4.9 m，得到平均4.4 m的空间分辨率，证明系统可以有效识别光纤上局部温度、应变突变点位。
4）码长拓展特性研究
实验对比2047-bit 与 4095-bit 两种 m 序列码长的系统表现。在保持单频点采集时间不变的前提下，增大码长主要作用是拓展最大可探测光纤距离，不会直接提升系统信噪比；2047-bit 码可覆盖约 104.7 km，4095-bit 码可拓展至 209.4 km。工程应用中，可依据实际光纤长度灵活选择适配码长，平衡探测距离与计算开销。
图 5 2047-bit、4095-bit m 序列编码下系统信噪比分布对比
5、应用场景
▪ 陆上长输油气管道：百公里管线分布式温度监测，辅助泄漏隐患识别
▪ 海底通信光缆：监测海床沉降、洋流冲刷带来的光缆应变异常
▪ 超高压 OPGW 架空光缆：全线覆冰、温升、外力扰动分布式监测
▪ 综合管廊、矿山长距离线路：识别早期微小应变损伤
6、论文信息
Yang Zhang, Jiageng Chen, Hanzhao Li, Xuhui Yu, Zuyuan He.
MaximumLength SequenceEncoded Brillouin Optical TimeDomain Analysis, IEEE Photonics Technology Letters, VOL. 38, NO. 20, 15 OCTOBER 2026
DOI：10.1109/LPT.2026.3693071
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