该文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的学术论文。以下是针对该研究的详细学术报告：

作者及机构
本研究由Pengfei Li、Cailing Fu（通讯作者）、Bin Du、Jun He（OSA会员）、Huajian Zhong、Chao Du、Lei Wang及Yiping Wang（IEEE和OSA高级会员）共同完成，研究团队来自深圳大学物理与光电工程学院、教育部/广东省光电器件与系统重点实验室，以及深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室。论文发表于《Journal of Lightwave Technology》2021年10月刊（第39卷第19期）。

学术背景
研究领域为分布式光纤传感技术，具体聚焦于光学频域反射技术（OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry）的高空间分辨率应变传感。OFDR因具备高灵敏度和空间分辨率，被广泛应用于结构健康监测、微机械结构测量等领域。然而，现有OFDR系统（如Luna OBR 4600）受限于激光源非线性调频、环境噪声等因素，空间分辨率仅达厘米级，难以满足快速结构形变监测的需求。因此，本研究提出结合距离补偿（DC, Distance Compensation）与图像小波去噪（IWD, Image Wavelet Denoising）的方法，旨在提升应变传感器的空间分辨率与测量精度。

研究流程与方法
1. 实验装置搭建
- 系统基于马赫-曾德尔干涉仪结构，包含辅助干涉仪（AI）和主干涉仪（MI）。AI通过70米延迟光纤生成时钟信号以抑制激光频率扫描非线性；MI使用25米单模光纤（SMF）作为传感光纤，通过偏振分束器（PBS）分离P/S偏振光以消除偏振衰落效应。
- 关键设备：可调谐激光源（TLS, 1545–1555 nm）、平衡光电探测器（BPD）、数据采集卡（DAQ, 3.5 MS/s采样率）。

1. 数据处理流程

   • 距离补偿（DC）：将传感光纤分段（每段32个数据点，对应2.56 mm空间分辨率），通过快速傅里叶变换（FFT）将时域信号转为频域，计算参考信号与测量信号的互相关谱。提出基于皮尔逊相关系数的相似性计算方法，优化互相关峰值定位，减少应变引起的路径偏差。
     
   • 图像小波去噪（IWD）：将互相关矩阵数据转换为灰度图像，采用Sym7小波函数进行3层分解，阈值设为噪声标准差（0.0197）的3.4倍（0.0664），通过小波收缩与逆变换抑制噪声。
     

2. 应变解调验证

   • 实验设计：将光纤分为零应变段（A/C/E）与拉伸应变段（B/D，长度分别为0.50 m和0.12 m），施加200–2000 με的应变。
     
   • 空间分辨率验证：通过封装在间距2.56 mm的钢管中的光纤段，证实理论分辨率与实际一致。

主要结果
1. 方法对比
- 皮尔逊相似性DC法在零应变段的互相关振幅达0.8755（传统方法为0.3557），显著提升信号相似性。
- DC+IWD联合法在2000 με应变下，成功解调所有光纤段（图4d），而单独使用DC或IWD时拉伸段被噪声淹没（图4b-c）。

1. 性能指标
   
   • 空间分辨率：2.56 mm（理论值0.08 mm × 32点），优于商用Luna OBR4600（厘米级）。
     
   • 测量精度：应变误差从±80 με（传统方法）降至±20 με（DC+IWD），提升4倍。
     
   • 线性度：应变测量斜率0.964，R²=0.999（图8a），验证方法的可靠性。

结论与价值
1. 科学价值
- 首次将2D图像处理（IWD）引入OFDR系统，突破了1D数据处理限制，为多维度信号去噪提供新思路。
- 提出的皮尔逊相似性DC法为高噪声环境下的互相关分析建立了优化标准。

1. 应用价值
   
   • 无需硬件改造即可实现高分辨率（毫米级）和大应变范围（200–2000 με）的分布式传感，适用于航空航天、桥梁监测等对快速形变敏感的领域。

研究亮点
1. 创新方法：DC+IWD联合算法通过信号处理层面突破硬件限制，空间分辨率达国际领先水平（2.56 mm）。
2. 跨学科融合：结合光纤传感与图像处理技术，首次将小波去噪应用于OFDR应变数据。
3. 可扩展性：方法可适配现有OFDR系统，具有低成本、易部署的优势。

其他发现
- 实验发现分解层级（3层）与阈值（0.0664）的优化组合可平衡去噪效果与信号失真，为后续研究提供参数参考。
- 研究获中国国家自然科学基金（61635007、61905155）、广东省自然科学基金等支持，体现其工程应用潜力。