海洋监测对于理解和保护海洋生态系统至关重要，为气候研究、资源管理和灾害应对策略提供了重要数据[1]。鉴于海洋的广阔性和复杂性，有效监测对于检测地震活动等环境变化至关重要，这些变化可能对沿海社区和海洋生物产生深远影响[2]。光纤传感技术作为一种多功能且强大的解决方案，因其高灵敏度、微型化和抗电磁干扰的特性，在各种高精度测量挑战中得到了广泛应用[3][4]。这些优势使其在包括生物医学诊断和早期筛查在内的多个领域取得了成功应用[6][7]。同样的核心优势——高灵敏度、宽频率响应带宽和优异的可靠性——也使得该技术特别适合于要求苛刻的水下应用[8]。光纤能够在长距离内传输和查询信号，从而在地震或海啸等关键情况下提升实时态势感知和决策能力[9]。目前，将分布式声学传感（DAS）系统与现有的海底通信电缆集成存在重大挑战，因为传感距离有限[10]。对这些电缆进行声学传感改造可能需要大规模的重新设计和更换，导致高昂的成本和操作难度[11]。因此，许多DAS实现难以与现有的光通信基础设施无缝集成。相比之下，前向传输的光纤干涉仪提供了一个有前景的替代方案，能够实现远距离监测，并更容易与已安装的通信电缆集成[12]。
尤其是对于检测地震事件而言，低频检测性能至关重要，因为这些频率可以揭示关于地壳动态的重要信息。然而，光纤传感器的低频检测能力常常受到激光相位噪声的严重削弱，从而影响测量精度[13]。激光的低频漂移是最主要的相位噪声之一，主要由外部环境变化（如激光温度的缓慢变化）引起[14]。对于高频信号，这种缓慢的漂移噪声影响较小，通常可以通过高通滤波器来抑制。然而，激光的频率漂移会严重降低低频信号的信噪比（SNR），由于低频信号的监测周期较长，导致无法有效检测到低频扰动信号[15]。因此，解决激光频率漂移噪声带来的挑战对于提高海洋监测中干涉测量的有效性至关重要，特别是在检测地震活动和其他地质事件方面。目前，有多种技术可以抑制低频漂移噪声。激光频率稳定技术是抑制频率漂移的核心方法，例如PDH频率稳定[16]、光纤延迟线锁定[17]等。PDH技术可以实现非常高的频率稳定性，但依赖于高精度光学腔体，需要复杂的调制和解调电路，增加了系统的复杂性和成本[18]。光纤延迟线锁定技术通过使用长光纤延迟线作为频率参考来稳定频率，具有较高的灵活性，但受环境温度变化的影响较大，稳定性较差[19]。光相位锁环[20]、主动反馈控制以及其他一些监测和补偿方法也可以用来消除频率漂移，但通常需要低噪声激光作为参考源。此外，还可以通过信号处理技术在算法层面抑制频率漂移噪声，例如小波变换去噪（WTD）[21]、经验模态分解（EMD）[22]、自适应滤波等。这些方法通常是盲处理过程，不考虑激光频率漂移噪声的特性，并受小波函数或模式数量的限制，可能需要经验性或优化。在处理非常低频信号时可能会导致信号失真。因此，迫切需要一种能够在不增加系统复杂性的情况下显著抑制低频噪声的方法，以改善传感系统的低频响应。
为了解决这个问题，我们提出了一种简单的低频漂移补偿方法，该方法在干涉式光纤振动传感系统中使用采样匹配积分拟合差分（SMIFD），无需任何额外组件。根据激光频率漂移噪声的特性，随机分布的低频噪声通过采样匹配积分转换为具有明确时频特性的相位漂移，然后通过多项式拟合实现噪声预测和抑制。实验结果表明，在50公里的单模光纤链路上，SMIFD在10 mHz频率下实现了81.49 dB的相位噪声抑制效果。在200 mHz频率下，振动信号的信噪比提高了27.02 dB。尽管SMIFD需要与光纤延迟匹配的采样率，但通过结合下采样（DS）策略，仍然可以实现从毫赫兹到千赫兹范围内的超宽带检测。本文通过实验证实了这一点，实现了1 kHz高频信号和200 mHz低频信号的同时测量。
