一种扰动源多维空间定位系统和方法技术方案

一种扰动源多维空间定位系统和方法，该系统包含分布式光纤传感器、传感光纤和坐标系。本发明专利技术将阵列信号处理方法与分布式光纤传感器相结合，利用传感光纤不同的铺设方式，以及沿线分布的一定数量、一定间距的可灵活选取的传感单元，结合特殊信号处理办法进行扰动源定位，实现长、短距离均可实时监测扰动源的多维空间位置信息的功能，具有实施简单、成本低廉、大范围、高精度的优点，不仅极大的提高了分布式光纤声传感器在铁路安全、油气管道监测、周界安防等领域异常信号探测的准确率，还实现了传统分布式光纤声传感器在无人机定位监控等新型领域的应用，具有革命性意义。

【技术实现步骤摘要】
一种扰动源多维空间定位系统和方法
本专利技术涉及扰动源监测领域，具体为一种基于分布式光纤声传感器的扰动源多维空间定位系统和方法。
技术介绍
分布式光纤声传感器被广泛运用在铁路安全，油气管道监测，周界安防等领域。现有的分布式声传感器只具备一维探测能力，异常信号只能被定位在传感光纤沿线的一维轴向空间内，而对与远离传感光纤产生的异常声音信号无法准确获知扰动源的二维或者三维的空间位置信息。现有技术一【WangZ,PanZ,YeQ,etal.Noveldistributedpassivevehicletrackingtechnologyusingphasesensitiveopticaltimedomainreflectometer.ChineseOpticsLetters,2015,13(10).】通过构建一套相位敏感光时域反射计，可以对光纤沿线因车辆行驶而产生的声场进行连续定量监测，但对扰动源信号的定位范围局限在传感光纤的一维轴向空间内。现有技术二【ChenD,LiuQ,HeZ.Phase-detectiondistr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，定位系统至少包括分布式光纤声传感器、传感光纤、待监测扰动源和坐标系，所述的分布式光纤声传感器与传感光纤相连，分布式光纤声传感器向传感光纤发射探测光脉冲，获取声场分布信号，并对声场分布信号和所述传感光纤铺设方式进行处理，获得待监测扰动源相对所述传感光纤的关键参数，计算出扰动源的空间位置坐标；/n所述的关键参数至少包括方位角、俯仰角、横向距离、径向距离、声速、频率中的一种或多种；/n所述的传感光纤铺设方式包括二维空间铺设方式、三维空间铺设方式中的一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，定位系统至少包括分布式光纤声传感器、传感光纤、待监测扰动源和坐标系，所述的分布式光纤声传感器与传感光纤相连，分布式光纤声传感器向传感光纤发射探测光脉冲，获取声场分布信号，并对声场分布信号和所述传感光纤铺设方式进行处理，获得待监测扰动源相对所述传感光纤的关键参数，计算出扰动源的空间位置坐标；
所述的关键参数至少包括方位角、俯仰角、横向距离、径向距离、声速、频率中的一种或多种；
所述的传感光纤铺设方式包括二维空间铺设方式、三维空间铺设方式中的一种。


2.如权利要求1所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的分布式光纤声传感器包括相干探测的相位敏感光时域反射计、直接探测的相位敏感光时域反射计、光频域反射计、基于布里渊散射原理的分布式光纤传感器中的一种或多种。


3.如权利要求1所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的二维空间铺设方式包括双平行光纤铺设结构、类S形弯曲光纤铺设结构中的一种。


4.如权利要求1所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的三维空间铺设方式为双层双平行光纤铺设结构。


5.如权利要求1所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的扰动源至少包括经过振动而产生声波、地震波、水波的物体。


6.如权利要求2所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的光频域反射计结构采用迈克尔逊干涉仪结构，包括频率可调谐激光器(11-1)，光纤耦合器(11-2)，光纤反射端面(11-3)，光电探测器(11-4)，数据处理单元(11-5)；
所述的频率可调谐激光器(11-1)输出线性调频激光，经过所述的光纤耦合器(11-2)的(201)端口分别输出到光纤耦合器(11-2)的(202)及(204)端口，所述的光纤耦合器(11-2)的(202)端口连接至所述的光纤反射端面(11-3)，所述的光纤耦合器(11-2)的(204)端口连接至光学端口(101)，所述的光纤耦合器(11-2)的(203)端口连接至所述的光电探测器(11-4)，光电探测器输出的信号连接至数据处理单元(11-5)。


7.如权利要求2所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的相干探测的相位敏感光时域反射计结构包括激光器(12-1)，第一光纤耦合器(12-2)，第二光纤耦合器(12-6)，脉冲调制器(12-3)，光放大器(12-4)，光纤环形器(12-5)，双平衡光电探测器(12-7)，电学放大器(12-8)，数据处理单元(12-9)；
所述的激光器(12-1)的激光输出经第一光纤耦合器(12-2)，分别连接到脉冲调制器(12-3)和第二光纤耦合器(12-6)的(601)端口，所述的脉冲调制器(12-3)的输出连接到光放大器(12-4)，所述的光放大器(12-4)的输出连接到所述的光纤环形器(12-5)的(501)端口，再经(503)端口输出并连接到光学端口(101)，所述的光纤环形器(12-5)的(502)连接至第二光纤耦合器(12-6)的(602)端口，所述的第二光纤耦合器(12-6)的输出连接至双平衡光电探测器(12-7)，所述的双平衡探测器(12-7)的输出信号连接至电学放大器(12-8)进行放大，后输入进数处理单元(12-8)处理。


8.如权利要求2所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的直接探测的相位敏感光时域反射计结构包括激光器(13-1)，脉冲调制器(13-2)，光放大器(13-3)，光纤环形器(13-4)，光电探测器(13-5)，数据处理单元(13-6)；
所述的激光器(13-1)的激光输出连接到脉冲调制器(13-2)，所述的脉冲调制器(13-2)的输出连接到光放大器(13-3)，所述的光放大器(13-3)的输出连接到光纤环形器(13-4)的(401)端口，经过(403)端口输出并连接到光学端口(101)，所述的光纤环形器(13-4)的(402)连接光电探测器(13-5)，光电探测器(13-5)的输出信号连接至数据处理单元(13-6)。


9.如权利要求2所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的基于布里渊散射原理的分布式光纤传感器采用外差探测结构，包括激光器(14-1)，第一光纤耦合器(14-2)，第二光纤耦合器(14-7)，脉冲调制器(14-3)，光放大器(14-4)，光纤环形器(14-5)，宽带移频单元(14-6)，双平衡光电探测器(14-8)，电学放大(14-9)，数据处理单元(14-10)；
所述的激光器(14-1)的激光输出经所述的第一光纤耦合器(14-2)分别连接到脉冲调制器(14-3)和宽带移频单元(14-6)，所述的脉冲调制器(14-3)的输出连接到所述的光放大器(14-4)，所述的光放大器(14-4)的输出连接到所述的光纤环形器(14-5)的(501)端口再经过(503)端口输出并连接到光学端口(101)，所述的光纤环形器(14-5)的(502)连接至第二光纤耦合器(14-7)的(701)端口，所述的宽带移频单元(14-6)的输出连接至所述的第二光纤耦合器(14-7)的(702)端口，所述的第二光纤耦合器(14-7)的输出连接至所述的双平衡光电探测器(14-8)，所述的双平衡探测器(14-8)的输出信号连接至所述的电学放大器(14-9)进行放大，后输入进所述的数据处理单元(14-10)处理。


10.如权利要求1所述的一种扰动源多维空间定位系统，其特征在于，所述的定位系统获取声场分布信号和处理声场分布信号的具体步骤如下：
1)在三维空间内设立一个坐标系(x，y，z)，铺设传感光纤，铺设方式记为T[x，y，z]，分布式光纤声传感器向所述的传感光纤发射探测光脉冲，对所述的传感光纤沿线感知的声场进行定量化检测，获得声...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡海文，梁嘉靖，王照勇，卢斌，叶青，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31