一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，首先将光纤接入基于相干探测的φ

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法


[0001]本专利技术属于信号处理
，具体而言涉及一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法。

技术介绍

[0002]声波是一种机械波，作为能量和信息的载体广泛存在于自然界中。光纤麦克风是探测空气或水中声波信号的光纤传感器，声波通过空气、水等介质传播后以非直接接触的应力形式作用在传感光纤上，传感光纤由于声波产生的应力作用，产生微小应变，将动态声波转化为动态光信号，再通过相位解调可实现声信号的还原。
[0003]基于相位敏感光时域反射仪(Φ
‑
OTDR)的分布式声学传感器(DAS)具有等效传感节点多、灵敏度高、响应速度快和宽频响应等优势。利用Φ
‑
OTDR系统进行声源定位、声学成像和音频恢复等工作时，传感光纤作为声波敏感单元，在声场作用下产生形变引起背散射瑞利光的功率波动，达到声学检测的目的。该方案不仅能够克服传统电学克风在高温、高盐、高湿、易燃易爆和强电磁干扰等场景中应用受限的问题。同时还能弥补传统点式麦克风在大规模、海量声传感器应用场景中，制造成本高、布设难度大的缺陷。
[0004]然而，由于DAS系统普遍采用窄线宽的激光光源，光源的高相干性使得背向瑞利散射信号会产生干涉衰落，即相干瑞利噪声。由于干涉衰落，在一些位置处幅度接近于零，当信号落入衰落噪声中时信噪比会急剧恶化，严重时导致信号完全淹没在噪声中，使解调出的相位产生较大误差，造成声信号的严重失真。因此，目前急需一种可以实时进行相干衰落噪声的判断、定位和剔除的技术手段。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，通过参考声信号辅助进行相干衰落判定，再分辨参考声信号造成的相位变化与相干衰落造成的相位突变之间的变化幅度区别，可以准确定位发生衰落的位置点，从而实时进行相干衰落噪声的判定与剔除，进而提高分布式光纤麦克风高保证还原声信号的能力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术实施例提出了一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，所述相干衰落噪声剔除方法包括以下步骤：
[0008]S1，将置于待测声场景中的分布式光纤麦克风传感器接入基于相干探测的φ
‑
OTDR系统；
[0009]S2，通过换能器在待测声场景中持续输出只含有单一频率、声压幅值稳定的参考声信号，作为标准测试信号；参考声信号的频率与目标声信号观测频带的差值大于预设的频率差值阈值；
[0010]S3，实时采集分布式光纤麦克风传感器沿线的声波信号，对采集的声波信号进行IQ解调，得到分布式光纤麦克风传感器中各等效传感节点的时域波形信号；
[0011]S4，对步骤S3得到的时域波形信号中的参考声信号和目标声信号进行分离处理，得到不含有参考声信号的目标声信号A和不含有目标声信号的参考声信号B；
[0012]S5，对步骤S4中得到的参考声信号B的相位波形进行差分处理，得到分布式光纤麦克风传感器各等效传感节点的相位随时间的变化信息，将相位差超过衰落噪声判定阈值的波形区域判定为存在相干衰落噪声，标记相应的等效传感节点为异常等效传感节点；
[0013]S6，在目标声信号A中剔除异常等效传感节点对应的相干衰落噪声，通过相邻位置处的时域波形对剔除相干衰落噪声的相关等效传感节点处的时域波形进行填补。
[0014]进一步地，所述分布式光纤麦克风传感器包括单模光纤。
[0015]进一步地，所述单模光纤缠绕呈环状，固定在增敏组件上。
[0016]进一步地，所述增敏组件包括谐振腔、涂覆层和增敏板。
[0017]进一步地，所述增敏板采用环氧树脂板。
[0018]进一步地，所述衰落噪声判定阈值，通过主动施加的参考声信号和实时测出的随机噪声相位差值计算得出，具体计算公式如下：
[0019][0020]其中，f
s
为采样频率；f为参考声信号频率；A
n
参考声信号振幅。
[0021]进一步地，步骤S3中，通过欠采样的形式对参考声信号进行还原。
[0022]进一步地，所述相邻位置处的时域波形对剔除相干衰落噪声的相关等效传感节点处的时域波形进行填补，通过选择相邻两点时域波形的平均值作为修正值进行修补。
[0023]进一步地，所述步骤S2中参考声信号的生成包括以下子步骤：
[0024]S21，采集声波信号；
[0025]S22，根据奈奎斯特采样定律，参考声信号的实际频率f
True
与混叠的假频f
False
的对应关，计算得到混叠的假频f
False
，具体计算公式如下：
[0026]f
False
＝|f
True
‑
kf
s
| (|f
True
‑
kfs|<f
s
/2)；
[0027]其中，f
s
为采样频率；k为任意正整数；
[0028]S23，根据正常人声、音乐的频率和正常人耳听力极限，调整参考声信号的假频频段的取值范围如下：
[0029][0030]为避免0
‑
10Hz低频强噪声信号的干扰，将假频放在10
‑
20Hz的频段内，取值范围如下：
[0031]{f
False
|10<f
False
<20}；
[0032]S24，根据假频的取值范围计算出参考声信号的频率，计算公式如下：
[0033]kf
s
‑
20<f
True
<kf
s
‑
10或{f
Ture
|kf
s
+10<f
True
<kf
s
+20}。
[0034]进一步地，所述步骤S4中，分离处理包括以下子步骤：
[0035]S41，设置带通滤波器中通带、阻带和抑制比进行滤波，得到不含有参考声信号的
目标声信号A；
[0036]S42，设置低通滤波器的通带、阻带和抑制比进行滤波，得到不含有目标声信号的参考声信号B。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例的一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法的流程示意图。
[0038]图2为本专利技术实施例的一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法的装置示意图。
[0039]图3为本专利技术实施例的一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法的时域波形图。
[0040]图4为本专利技术实施例的一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法的不含有参考声信号的目标声信号波形图。
[0041]图5为本专利技术实施例的一种分布式光纤的相干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，其特征在于，所述相干衰落噪声剔除方法包括以下步骤：S1，将置于待测声场景中的分布式光纤麦克风传感器接入基于相干探测的φ
‑
OTDR系统；S2，通过换能器在待测声场景中持续输出只含有单一频率、声压幅值稳定的参考声信号，作为标准测试信号；参考声信号的频率与目标声信号观测频带的差值大于预设的频率差值阈值；S3，实时采集分布式光纤麦克风传感器沿线的声波信号，对采集的声波信号进行IQ解调，得到分布式光纤麦克风传感器中各等效传感节点的时域波形信号；S4，对步骤S3得到的时域波形信号中的参考声信号和目标声信号进行分离处理，得到不含有参考声信号的目标声信号A和不含有目标声信号的参考声信号B；S5，对步骤S4中得到的参考声信号B的相位波形进行差分处理，得到分布式光纤麦克风传感器各等效传感节点的相位随时间的变化信息，将相位差超过衰落噪声判定阈值的波形区域判定为存在相干衰落噪声，标记相应的等效传感节点为异常等效传感节点；S6，在目标声信号A中剔除异常等效传感节点对应的相干衰落噪声，通过相邻位置处的时域波形对剔除相干衰落噪声的相关等效传感节点处的时域波形进行填补。2.根据权利要求1所述的分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，其特征在于，所述分布式光纤麦克风传感器包括单模光纤。3.根据权利要求2所述的分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，其特征在于，所述单模光纤缠绕呈环状，固定在增敏组件上。4.根据权利要求3所述的分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，其特征在于，所述增敏组件包括谐振腔、涂覆层和增敏板。5.根据权利要求4所述的分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，其特征在于，所述增敏板采用环氧树脂板。6.根据权利要求1所述的分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，其特征在于，所述衰落噪声判定阈值，通过主动施加的参考声信号和实时测出的随机噪声相位差值计算得出，具体计算公式如下：其中，f
s
为采样频率；f为参考声信号频率；A
n
参考声信号振幅。7.根据权利要求1所述的分布式光纤的相干衰落噪声剔除方法，其特征在于，步骤S3中，通过欠采样的形式对参考声信号进行还原。8.根据权利要求1所述的分布式光纤的相干...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟帅，邹宁睦，赵世松，张道，王若凡，柏顺娣，
申请(专利权)人：南京法艾博光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：