提高信噪比与细节特征的相敏光时域反射仪信号调理方法技术

本发明专利技术公开了一种提高信噪比与细节特征的相敏光时域反射仪信号调理方法，包括：第一、第二平滑算子遍历完瑞利散射曲线时，分别得到平滑后瑞利散射曲线，获取进行逐点合并后的瑞利散射曲线，对相邻两条瑞利散射曲线间拟合构造新的曲线，共得到2n

【技术实现步骤摘要】
提高信噪比与细节特征的相敏光时域反射仪信号调理方法


[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感领域，尤其涉及一种提高信噪比与细节特征的(相敏光时域反射仪)信号调理方法。

技术介绍

[0002]分布式光纤传感成为近年来广泛运用的传感手段，其中凭借技术成熟、结构简单等优点运用于入侵预警、管道断丝检测、事件定位等领域。通过光脉冲调制装置向传感光缆发射连续的窄线宽光脉冲，当外部事件作用于光缆上时，作用点处的光纤与光脉冲产生作用，形成的后向瑞利散射光携带了事件的相关信息，从而实现基于瑞利散射光的传感功能。瑞利散射曲线是的重要数据承载方式，反映了光缆沿线的空间特性。将一定时间范围内的瑞利散射曲线叠加，即可得到表征光缆沿线时间与空间特征的时空图。当光缆某处存在断点或扭转导致的光衰减时，瑞利散射曲线上表现为显著的反射峰；当光缆沿线存在敲击、挖掘等入侵信息时，时空图上呈现出不同于背景噪声的特征色块，表征事件发生的空间位置、初始时间及时间跨度。
[0003]实际应用中，由于存在大量背景噪声，采集到的数据并不都在理想状况下，叠加了噪声之后的信号信噪比大大下降，即使在静止状况下时空图上也显示出大量点状、带状的特征色块，严重影响了系统的稳定性与可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种提高信噪比与细节特征的信号调理方法，本专利技术在信号采集阶段综合获取瑞利散射信号在不同频率分量上的特点，在时空图构建阶段通过细化时空图特征细节、不同模板下多次滤波，实现了对瑞利散射曲线的平滑去噪与图像增强，本专利技术可有效降低噪声带来的干扰，大大提升的可靠性与测量的准确性，有效地提高了瑞利散射曲线及时空图的信噪比，保障了系统的可靠性，详见下文描述：一种提高信噪比与细节特征的信号调理方法，所述方法包括：
[0005]对初步处理后的瑞利散射信号做采样点补充的数据对齐操作，得到对齐后的三路瑞利散射曲线信号，并根据加权参数得到逐点合并后的三路瑞利散射加权信号；对三路瑞利散射加权权信号做逐点合并，得到预处理后的瑞利散射曲线x(t)；
[0006]以第一、第二平滑算子中心为起点自瑞利散射曲线x(t)首端向末端移动，若模板中心覆盖下方缺乏数据点时，进行补零计算，获取第一、第二平滑算子遍历完x(t)时，分别得到平滑后瑞利散射曲线L1、L2；
[0007]获取对平滑后瑞利散射曲线L1、L2进行逐点合并后的瑞利散射曲线K，对相邻两条瑞利散射曲线间拟合构造新的瑞利散射曲线，共得到2n
‑
1条瑞利散射曲线；将2n
‑
1条瑞利散射曲线拼接成时空图，初始时空图记为P1；
[0008]以1
×
5模板对初始时空图P1做滤波，得到滤波后的时空图P2，以3
×
3模板对初始时
空图P1做滤波，对3
×
3模板进行更新，实现若干次滤波，得到不同特征的时空图；
[0009]合并3
×
3模板对应的滤波后时空图，对相同位置上时空图的灰度值逐点求均值作为第二次滤波的结果，得到时空图P3；对时空图P2和时空图P3逐点合并，得到最终的时空图P。
[0010]其中，所述方法还包括：
[0011]采用三通道信号采集的方式对瑞利散射信号进行初步采集，得到三路瑞利散射曲线信号；采用不同的截止频率对三路瑞利散射曲线信号作初步滤波。
[0012]进一步地，所述根据加权参数得到逐点合并后的瑞利散射加权信号具体为：
[0013]逐点合并X1(t)、X2(t)，合并公式为
[0014]逐点合并X2(t)、X3(t)，合并公式为
[0015]逐点合并X3(t)、X1(t)，合并公式为
[0016]其中，l1、l2、l3为加权因子，X1(t)、X2(t)、X3(t)为对齐后的三路瑞利散射信号。其中，所述第一、第二平滑算子为：
[0017]σ1＝{σ
1i
}＝k{
‑
(i
‑
α)2+b},σ2＝{σ
2i
}＝k{|(α
‑
i)3|+b}
[0018]其中，σ
1i
表示第一平滑算子σ1中各元素的取值，σ
2i
表示第二平滑算子σ2中各元素的取值；k为增益系数；i表示平滑算子上第i个元素；α和b为算子平滑方向调节常数。
[0019]其中，所述3
×
3模板为：
[0020][0021]其中，
[0022]进一步地，所述对时空图P2和时空图P3逐点合并，得到最终的时空图P为：
[0023][0024]式中，P
ij
表示合并后时空图的灰度值，P
2ij
表示时空图P2上对应位置的像素点，P
3ij
表示时空图P3上对应位置的像素点。
[0025]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0026]1、本专利技术对初始瑞利散射信号做三通道采样并分别做滤波处理，综合获取瑞利散射信号在不同频率分量上的信号特点；
[0027]2、本专利技术通过对用于构建时空图的瑞利散射曲线做曲线间插值处理，细化了时空图特征细节；
[0028]3、本专利技术通过对时空图做不同模板下滤波处理，提取了不同特点的图像特征，实现了对时空图的平滑去噪与图像增强，改善了时空图信噪比；大大提升的可靠性
与测量的准确性，有效地提高了瑞利散射曲线与时空图的信噪比，保障了系统的可靠性。
附图说明
[0029]图1为信号采集的流程图；
[0030]图2为数据处理与图像增强的流程图本系统的光路示意图；
[0031]图3为数据处理中曲线平滑操作的示意图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0033]实施例1
[0034]一种提高信噪比与细节特征的信号调理方法，参见图1，该方法包括以下步骤：
[0035]101：对初步处理后的瑞利散射信号做采样点补充的数据对齐操作，得到对齐后的三路瑞利散射曲线信号，并根据加权参数得到逐点合并后的三路瑞利散射加权信号；对三路瑞利散射加权权信号做逐点合并，得到预处理后的瑞利散射曲线x(t)；
[0036]102：以第一、第二平滑算子中心为起点自瑞利散射曲线x(t)首端向末端移动，若模板中心覆盖下方缺乏数据点时，进行补零计算，获取第一、第二平滑算子遍历完x(t)时，分别得到平滑后瑞利散射曲线L1、L2；
[0037]103：获取对平滑后瑞利散射曲线L1、L2进行逐点合并后的瑞利散射曲线K，对相邻两条瑞利散射曲线间拟合构造新的瑞利散射曲线，共得到2n
‑
1条瑞利散射曲线；将2n
‑
1条瑞利散射曲线拼接成时空图，初始时空图记为P1；
[0038]104：以1
×
5模板对初始时空图P1做滤波，得到滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高信噪比与细节特征的相敏光时域反射仪信号调理方法，其特征在于，所述方法包括：对初步处理后的瑞利散射信号做采样点补充的数据对齐操作，得到对齐后的三路瑞利散射曲线信号，并根据加权参数得到逐点合并后的三路瑞利散射加权信号；对三路瑞利散射加权权信号做逐点合并，得到预处理后的瑞利散射曲线x(t)；以第一、第二平滑算子中心为起点自瑞利散射曲线x(t)首端向末端移动，若模板中心覆盖下方缺乏数据点时，进行补零计算，获取第一、第二平滑算子遍历完x(t)时，分别得到平滑后瑞利散射曲线L1、L2；获取对平滑后瑞利散射曲线L1、L2进行逐点合并后的瑞利散射曲线K，对相邻两条瑞利散射曲线间拟合构造新的瑞利散射曲线，共得到2n
‑
1条瑞利散射曲线；将2n
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1条瑞利散射曲线拼接成时空图，初始时空图记为P1；以1
×
5模板对初始时空图P1做滤波，得到滤波后的时空图P2，以3
×
3模板对初始时空图P1做滤波，对3
×
3模板进行更新，实现若干次滤波，得到不同特征的时空图；合并3
×
3模板对应的滤波后时空图，对相同位置上时空图的灰度值逐点求均值作为第二次滤波的结果，得到时空图P3；对时空图P2和时空图P3逐点合并，得到最终的时空图P。2.根据权利要求1所述的一种提高信噪比与细节特征的相敏光时域反射仪信号调理方法，其特征在于，所述方法还包括：采用三通道信号采集的方式对瑞利散射信号进行初步采集，得到三路瑞利散射曲线信号；采用不同的截止频率对三路瑞利散射曲线信号作初步滤波。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜立普，沈玉彬，张华，尹亮，邹璇，齐敦哲，陈文婷，
申请(专利权)人：宁夏回族自治区水利工程建设中心，
类型：发明
国别省市：