直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，包括：首先，获取探测脉冲，在前处理模块对探测脉冲进行过采样采集处理、低通滤波处理和微分计算处理得到第一输出结果；然后，在交叉相乘模块对第一输出结果进行相位解调交叉运算，得到强度输出项和交叉输出项；其次，在抽取模块对强度输出项和交叉输出项进行矩阵维度转化得到第二输出结果；在光纤空间区域划分模块对第二输出结果进行除法计算得到第一矩阵；最后，在后处理模块对第一矩阵进行光矢量加权叠加运算、低通滤波运算和时间维度数据点重组得到解调相位矩阵。在保证有效抑制衰落噪声的同时，无需额外的器件或光纤加入，系统复杂度低，有效降低了使用成本。有效降低了使用成本。有效降低了使用成本。

【技术实现步骤摘要】
直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法


[0001]本专利技术涉及光纤分布式传感
，尤其是涉及一种直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于
‑
OTDR(
‑
Optical Time Domain Reflectometry，相敏光时域反射计)的光纤分布式声波传感系统(DAS)在多个应用领域得到应用，包括管道监测、资源勘探、地震检测、水声测量以及铁路安全等。其对光纤上的散射光相位进行解调，进而由相位信息表征作用在光纤上的外界声波信息。其中分为直接探测和相干探测两种类型的传感系统，直接探测系统中通常由基于3*3解调方法和PGC解调方法组成。然而，由于注入光纤中的脉冲为高相干性光脉冲，脉冲内的瑞利散射点之间干涉会产生干涉相消的现象，造成光强度相干衰落的出现。此外，干涉仪两臂之间偏振态不匹配会造成偏振衰落现象。相干衰落和偏振衰落极大的影响了光相位解调的准确度，进而使得光纤分布式声波传感系统信噪比降低，甚至出现传感死区。
[0003]为消除衰落影响，现有方法多采用多种多样的分集方式，包括频率分集、波长分集、偏振分集、空分复用等方式，也有将通信中的编码引入到相干系统中实现衰落抑制。然而上述方法增加了系统成本与复杂度，衰落抑制效果受限于分集数目。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，解决现有技术中系统成本与复杂度高，衰落抑制效果受限于分集数目的技术问题。
[0005]为达到上述技术目的，第一方面，本专利技术的技术方案提供一种直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，包括以下步骤:
[0006]获取探测脉冲，在前处理模块对所述探测脉冲进行过采样采集处理、低通滤波处理和微分计算处理得到第一输出结果；
[0007]在交叉相乘模块对所述第一输出结果进行相位解调交叉运算，得到强度输出项和交叉输出项；
[0008]在抽取模块对所述强度输出项和所述交叉输出项进行矩阵维度转化得到第二输出结果；
[0009]在光纤空间区域划分模块对所述第二输出结果进行除法计算得到第一矩阵；
[0010]在后处理模块对所述第一矩阵进行光矢量加权叠加运算、低通滤波运算和时间维度数据点重组得到解调相位矩阵。
[0011]与现有技术相比，本专利技术提供的直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法的有益效果包括：
[0012]首先，获取探测脉冲，在前处理模块对所述探测脉冲进行过采样采集处理、低通滤
波处理和微分计算处理得到第一输出结果；然后，在交叉相乘模块对所述第一输出结果进行相位解调交叉运算，得到强度输出项和交叉输出项；其次，在抽取模块对所述强度输出项和所述交叉输出项进行矩阵维度转化得到第二输出结果；在光纤空间区域划分模块对所述第二输出结果进行除法计算得到第一矩阵；最后，在后处理模块对所述第一矩阵进行光矢量加权叠加运算、低通滤波运算和时间维度数据点重组得到解调相位矩阵。
[0013]本专利技术提供的基于直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，在采集端通过过采样方式降低了系统的采集欠采样引入的噪声，通过光矢量加权叠加的方式将光强极弱点所带来的影响降到最低，相位值由光强极大点贡献，解调信噪比高；在保证有效抑制衰落噪声的同时，无需额外的器件或光纤加入，系统复杂度低，有效降低了使用成本。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述过采样采集处理包括步骤：
[0015]3个独立通道采集卡以采样率为q倍于目标采样率f的q
×
f进行采集，得到3个过采样输出。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述低通滤波处理和所述微分计算处理，包括步骤：
[0017]设定截止频率对3个所述过采样输出进行低通滤波处理得到3个低通滤波输出；
[0018]对3个所述低通滤波输出进行微分计算得到所述第一输出结果。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述强度输出项表示为X矩阵，所述交叉输出项表示为Y矩阵，对所述X矩阵和所述Y矩阵的第i列的q
×
k个数据，以q为间隔等间隔划分为k个包含q个数据点的数据包；
[0020]在各个所述数据包中，选取X值最大值，并保留与所述X矩阵位置相一致的Y值；
[0021]将选取后的所述X值最大值和所述Y值进行矩阵维度转化得到所述第二输出结果。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，对所述第一矩阵的第i列的k个数据，以k/n为间隔划分为n个包含k/n个数据点的数据包；
[0023]对各个所述数据包，选取前w个数据，其中w<k/n，按照光强度权重进行光矢量加权叠加，将一个数据包合成为一个数据点：
[0024]每个所述数据包所述数据点按照原顺序排列组合为光矢量加权矩阵。
[0025]第二方面，本专利技术的技术方案提供一种无衰落解调系统，包括：
[0026]前处理模块，所述前处理模块用于获取探测脉冲，并进行过采样采集处理、低通滤波处理和微分计算处理得到第一输出结果；
[0027]交叉相乘模块，与所述前处理模块通信连接，所述交叉相乘模块用于对所述第一输出结果进行相位解调交叉运算，得到强度输出项和交叉输出项；
[0028]抽取模块，与所述交叉相乘模块通信连接，所述抽取模块用于对所述强度输出项和所述交叉输出项进行矩阵维度转化得到第二输出结果；
[0029]光纤空间区域划分模块，与所述抽取模块通信连接，所述光纤空间区域划分模块用于对所述第二输出结果进行除法计算得到第一矩阵；
[0030]后处理模块，与所述光纤空间区域划分模块通信连接，所述后处理模块用于对所述第一矩阵进行光矢量加权叠加运算、低通滤波运算和时间维度数据点重组得到解调相位矩阵。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述前处理模块包括：
[0032]过采样采集单元，所述过采样采集单元用于对所述探测脉冲进行过采样采集处理
得到过采样输出；
[0033]低通滤波单元，与所述过采样采集单元通信连接，所述低通滤波单元用于对所述过采样输出进行低通滤波处理得到低通滤波输出；
[0034]微分计算单元，与所述低通滤波单元通信连接，所述微分计算单元用于对所述低通滤波输出进行计算得到所述第一输出结果。
[0035]根据本专利技术的一些实施例，所述后处理模块包括：
[0036]光矢量加权叠加运算单元，用于对所述第一矩阵进行光矢量加权叠加运算得到光矢量加权矩阵；
[0037]低通滤波运算单元，与所述光矢量加权叠加运算单元通信连接，所述低通滤波运算单元用于对所述光矢量加权矩阵进行低通滤波运算得到低通滤波矩阵；
[0038]时间维度数据点重组单元，与所述低通滤波运算单元通信连接，所述时间维度数据点重组单元用于对所述低通滤波矩阵进行时间维度数据点重组得到所述解调相位矩阵。
[0039]第三方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，其特征在于，包括以下步骤:获取探测脉冲，在前处理模块对所述探测脉冲进行过采样采集处理、低通滤波处理和微分计算处理得到第一输出结果；在交叉相乘模块对所述第一输出结果进行相位解调交叉运算，得到强度输出项和交叉输出项；在抽取模块对所述强度输出项和所述交叉输出项进行矩阵维度转化得到第二输出结果；在光纤空间区域划分模块对所述第二输出结果进行除法计算得到第一矩阵；在后处理模块对所述第一矩阵进行光矢量加权叠加运算、低通滤波运算和时间维度数据点重组得到解调相位矩阵。2.根据权利要求1所述的直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，其特征在于，所述过采样采集处理包括步骤：3个独立通道采集卡以采样率为q倍于目标采样率f的q
×
f进行采集，得到3个过采样输出。3.根据权利要求2所述的直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，其特征在于，所述低通滤波处理和所述微分计算处理，包括步骤：设定截止频率对3个所述过采样输出进行低通滤波处理得到3个低通滤波输出；对3个所述低通滤波输出进行微分计算得到所述第一输出结果。4.根据权利要求1所述的直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，其特征在于，所述强度输出项表示为X矩阵，所述交叉输出项表示为Y矩阵，对所述X矩阵和所述Y矩阵的第i列的q
×
k个数据，以q为间隔等间隔划分为k个包含q个数据点的数据包；在各个所述数据包中，选取X值最大值，并保留与所述X矩阵位置相一致的Y值；将选取后的所述X值最大值和所述Y值进行矩阵维度转化得到所述第二输出结果。5.根据权利要求1所述的直接探测分布式声波传感系统的无衰落解调方法，其特征在于，对所述第一矩阵的第i列的k个数据，以k/n为间隔划分为n个包含k/n个数据点的数据包；对各个所述数据包，选取前w个数据，其中w<k/n，按照光强度权重进行光矢量加权叠加，将一个所述数据包合成为一个数据点：每个所述数据包所述数据点按照原顺序排列组合为光矢量加权矩阵。6.一种无衰落解调系统，其特征在于，包括：前处理模块，所述前处理模块用于获取探测脉冲，并进行过采样采集处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓磊，李豪，章枭枭，王兵华，
申请(专利权)人：武汉光谷互连科技有限公司，
类型：发明
国别省市：