分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法技术

本发明专利技术公开了分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，针对分布式光纤声音/振动传感时空二维信号的时空相关及方向性的结构特点，利用小波和剪切波多尺度分析能力，实现分布式光纤声音/振动传感时空二维信号在剪切波变换域的稀疏化表示和压缩。缓解现有分布式光纤声音/振动传感系统随检测频带、监测距离和空间分辨率等性能指标提升产生超大数据量带来的实时存储、传输和处理等矛盾。

【技术实现步骤摘要】
分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法
分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，用于时空二维信号的稀疏化表示及压缩，属于传感信号稀疏化表示及压缩

技术介绍
近年来，基于光时域反射技术的分布式光纤传感技术得到国内外广泛深入的研究和应用，如相敏光时域反射仪、偏振敏感光时域反射仪以及布里渊光时域反射仪等。特别是相敏光时域反射技术(Φ-OTDR)作为分布式光纤传感技术的代表，利用埋地铺设或架空的光缆感测沿线环境中声波、振动等物理量的空间分布和时间变化信息，是实现大范围环境动态监测的一种重要技术手段，在基础设施安全监测领域中发挥重要作用。最近两年，基于线性解调的分布式光纤声音/振动传感系统，可以得到光电流信号与外界振动或声波调制引入的相位变化之间的线性关系，I～Δφ(t)，进一步提高了系统检测灵敏度、频带范围和对环境中感知目标的智能理解能力。分布式光纤声音/振动传感系统在大范围全天候不间断监测过程中通常产生的数据量比较大。例如针对监测距离为几十公里的分布式光纤声音/振动传感系统，按照空间分辨率几十米计算，该监测范围相当于放置成千上万个传感器；当系统光脉冲重复频率高至本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，其特征在于，如下步骤：步骤1、采集铺设光缆沿线的光纤声音/振动传感信号,构建光纤声音/振动传感时空响应信号,进行去噪处理；步骤2、基于Shearlet变换对去噪处理后的光纤声音/振动传感时空响应信号进行稀疏化表示和压缩；步骤3、稀疏化表示和压缩后，对信号进行重构恢复光纤声音/振动传感时空响应信号。

【技术特征摘要】
1.分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，其特征在于，如下步骤：步骤1、采集铺设光缆沿线的光纤声音/振动传感信号,构建光纤声音/振动传感时空响应信号,进行去噪处理；步骤2、基于Shearlet变换对去噪处理后的光纤声音/振动传感时空响应信号进行稀疏化表示和压缩；步骤3、稀疏化表示和压缩后，对信号进行重构恢复光纤声音/振动传感时空响应信号。2.根据权利要求1所述的分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1、基于小波包变换选取光纤声音/振动传感时空响应信号中有用信号集中的频段进行第一次信噪分离；步骤2.2、第一次信噪分离后，由OTSU自适应阈值对小波包系数实现非线性空间的第二次信噪分离；步骤2.3、基于两次信噪分离后光纤声音/振动传感时空响应信号的频域稀疏性，利用Shearlet变换实现去噪后光纤声音/振动传感时空响应信号的稀疏化表示和压缩。3.根据权利要求2所述的分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，其特征在于，所述步骤2.1的具体如下：依次取光纤声音/振动传感时空响应信号矩阵XM,N的每一列向量，得到一维时间响应信号X:,n(n＝1,2,...N)；基于“db6”小波包对一维时间响应信号X:,n(n＝1,2,...N)进行p层小波包分解获得信号在不同频带的能量分布特征；通过不同频段的小波包系数组合重构信号与原光纤声音/振动传感时空响应信号的对比分析，提取出该光纤声音/振动传感时空响应信号主要集中频段分布在对应的小波包系数中，组合小波包系数重构集中频段内的有用信号分量，即得到第一次信噪分离后得到的光纤声音/振动传感时空响应信号X1。4.根据权利要求2、3所述的分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，其特征在于，所述步骤2.2的具体如下：将光纤声音/振动传感时空响应信号XM,N与第一次信噪分离后得到的光纤声音/振动传感时空响应信号X1的差分记为背景信号B；先由背景信号B强噪声点位置确定空间噪声位置，将第一次信噪分离后得到的光纤声音/振动传感时空响应信号X1中的对应点置零，实现空间上的信噪分离，具体步骤如下：基于OTSU算法对背景信号B自适应选取阈值，将背景信号B中超过阈值的点标记为强噪声点，记录其位置并将该位置置零，实现光纤声音/振动传感时空响应信号的第二次信噪分离。5.根据权利要求4所述的分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，其特征在于，所述步骤2.3的具体步骤如下：步骤2.31、对第二次信噪分离后的光纤声音/振动传感时空响应信号X2进行Shearlet变换；步骤2.32、Shearlet变换后在Shearlet变换域进行频带选取和系数选取。6.根据权利要求5所述的一种分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法，其特征在于，所述步骤2.31的具体步骤如下：步骤2.311、先对第二次信噪分离后的光纤声音/振动传感时空响应信号X2进行多尺度剖分；具体为：用小波包对去噪后的光纤声音/振动传感时空响应信号X2进行分解，得到低频系数f'J和高频系数fj，其中j表示当前分解尺度；步骤2.312、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴慧娟，张啸，郑义，张伟，饶云江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51