一种基于三重降噪的提取Φ-OTDR相位信号的方法技术

在基于数字相干探测方式的相位光时域反射仪中，相位变化沿着光纤长度方向线性分布，因而可以先后在探测光脉冲变化的方向和光纤长度方向进行降噪处理。对于相位光时域反射仪探测到的背向瑞利散射信号，首先使用正交解调的方法进行原始相位的求解，在求解的过程中使用数字低通滤波器进行第一重幅度形式噪声的抑制。然后，在探测光脉冲变化的方向使用小波分解与重构的方法进行第二重相位形式噪声的抑制。其中，小波分解的层数借助于相位变化沿着光纤长度方向的线性分布特征并结合相关计算自动地求得。接着，在光纤长度方向使用数据拟合的方法进行第三重相位形式噪声的抑制。拟合的方法进行第三重相位形式噪声的抑制。拟合的方法进行第三重相位形式噪声的抑制。

【技术实现步骤摘要】
方向相位形式的噪声。然而，该方法忽略了“慢时间轴”方向的相位形式噪声的消除。而如果希望外界的扰动事件被识别的越准确，就需要测量到的相位信号越精确。因此，最大程度地抑制噪声对于信号的精确测量意义重大。

技术实现思路

[0005]为了最大程度地抑制噪声对于信号精确测量的影响，实现信号的高精确测量，本专利技术提出了一种基于三重降噪的提取Φ
‑
OTDR相位信号的方法。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007]一种基于三重降噪的提取Φ
‑
OTDR相位信号的方法，实现该方法的硬件装置由激光器、90:10耦合器、声光调制器、驱动、脉冲生成器、掺铒光纤放大器、环形器、测试光纤、50:50耦合器、光电平衡探测器、数据采集装置组成，相互之间的连接关系为：
[0008]所述的激光器连接于所述的90:10耦合器；
[0009]所述的90:10耦合器连接于所述的声光调制器和所述的50:50耦合器；
[0010]所述的声光调制器连接于所述的掺铒光纤放大器；
[0011]所述的驱动连接于所述的声光调制器；
[0012]所述的脉冲生成器连接于所述的驱动；
[0013]所述的掺铒光纤放大器连接于所述的环形器；
[0014]所述的环形器与所述的测试光纤相连接，且所述的环形器连接于所述的50:50耦合器；
[0015]所述的50:50耦合器连接于所述的光电平衡探测器；
[0016]所述的光电平衡探测器连接于所述的数据采集装置；
[0017]所述的数据采集装置连接于所述的脉冲生成器；
[0018]由上述硬件装置中的数据采集装置采集的数据经历相位初解调、求解相位变化、小波分解与重构、数据拟合四个步骤进行数据处理，具体步骤为：
[0019]第一步、相位初解调：设声光调制器的偏移量为f，将数据采集装置采集的数据分别与2πft的正弦量和余弦量相乘，其中t为时间，得到两个相互正交的分量，每一个分量均通过数字低通滤波器以降低幅度形式噪声的影响，然后将两个正交分量相除，再对除数做反正切运算，得到未解缠绕的统计相位；
[0020]第二步、求解相位变化：规定不同脉冲发射的时间为“慢时间轴”，并规定同一个脉冲内背向瑞利散射信号对应的时间为“快时间轴”，在“快时间轴”上选定参考点，参考点之后的每个光纤采样位置上的未解缠绕的统计相位与参考点的未解缠绕的统计相位作差，得到未解缠绕的差分相位，然后在每一个光纤采样位置对未解缠绕的差分相位沿着“慢时间轴”方向解缠绕，得到解缠绕后的差分相位，接着对所有脉冲的解缠绕后的差分相位按“慢时间轴”方向求平均，并将求得的平均值作为参考相位值，每一个脉冲的解缠绕后的差分相位与参考相位值作差，即得到相位变化；
[0021]第三步、小波分解与重构：在“快时间轴”方向的每一个光纤采样位置上对“慢时间轴”方向的相位变化采用小波分解与重构的方法降低“慢时间轴”方向上相位形式噪声的影响，具体实施的子步骤依次为：依据待处理信号的特征选定小波基函数，选择阈值和阈值的处理方式，确定小波分解的层数，小波分解得到近似分量和细节分量，各细节分量的系数进
行阈值处理，阈值处理后的小波系数进行重构；
[0022]第四步、数据拟合：针对“慢时间轴”方向上的每一个脉冲对应的相位变化，先去除偏振衰落对应位置处的值，然后对剩余的相位变化值使用整体最小二乘法进行数据拟合，取紧挨扰动区域位置的拟合后的相位变化值作为最终求解的相位信号。
[0023]优选的，所述的激光器的频率稳定度在观测期间小于50kHz。
[0024]优选的，所述的数字低通滤波器的增益为1，截止频率为5MHz。
[0025]优选的，所述的未解缠绕的统计相位分布在[
‑
π,π]的范围内。
[0026]优选的，所述的小波分解的层数决定的步骤为：
[0027]第一步、标记计算序号：去除偏振衰落和扰动区域所处的光纤采样位置外，对“快时间轴”上每一个两两光纤采样位置标记一个计算序号；
[0028]第二步、计算相关系数：相位变化每分解一层，针对每一个计算序号计算两个光纤采样位置上的近似分量的相关系数；
[0029]第三步、查询相关系数最大值：针对每一个计算序号，查询相关系数最大的分解层数，并分别给分解层数对应的变量从零累积赋值；
[0030]第四步、查询分解层数对应的变量值，变量值若出现先增加后降低，变量值峰值对应的分解层数即小波分解最终选定的分解层数。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]1、本专利技术依次对幅度形式信号、相位形式信号的“慢时间轴”方向和相位形式信号的“快时间轴”方向进行降噪处理，最大程度地降低了噪声对于信号精确提取的影响；
[0033]2、利用不同光纤采样位置处相位变化经小波分解后的近似分量进行相关计算，并根据相关计算的结果自动决定小波分解的层数，避免了人工误判。
附图说明
[0034]图1为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
‑
OTDR相位信号的方法的数字相干探测方式的相位光时域反射仪及三重降噪的数据处理方法示意图；
[0035]图2为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的示波器采集的数据示意图；
[0036]图3为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的经数字低通滤波器降噪前的模值示意图；
[0037]图4为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的经数字低通滤波器降噪后的模值示意图；
[0038]图5为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的未经小波降噪的相位变化示意图；
[0039]图6为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的去除偏振噪声影响的相位变化示意图；
[0040]图7为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的某两个光纤采样位置不同小波分解层数近似分量的相关系数示意图；
[0041]图8为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的不同分解层数的最大相关系数的个数示意图；
[0042]图9为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的小波降噪后的相位变化示意图；
[0043]图10为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的数据拟合后的相位变化示意图；
[0044]图11为本专利技术提出的一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法的最终的相位信号示意图。
具体实施方式
[0045]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三重降噪的提取Φ
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OTDR相位信号的方法，其特征在于，实现该方法的硬件装置由激光器、90:10耦合器、声光调制器、驱动、脉冲生成器、掺铒光纤放大器、环形器、测试光纤、50:50耦合器、光电平衡探测器、数据采集装置组成，相互之间的连接关系为：所述的激光器连接于所述的90:10耦合器；所述的90:10耦合器连接于所述的声光调制器和所述的50:50耦合器；所述的声光调制器连接于所述的掺铒光纤放大器；所述的驱动连接于所述的声光调制器；所述的脉冲生成器连接于所述的驱动；所述的掺铒光纤放大器连接于所述的环形器；所述的环形器与所述的测试光纤相连接，且所述的环形器连接于所述的50:50耦合器；所述的50:50耦合器连接于所述的光电平衡探测器；所述的光电平衡探测器连接于所述的数据采集装置；所述的数据采集装置连接于所述的脉冲生成器；由上述硬件装置中的数据采集装置采集的数据经历相位初解调、求解相位变化、小波分解与重构、数据拟合四个步骤进行数据处理，具体步骤为：第一步、相位初解调：设声光调制器的偏移量为f，将数据采集装置采集的数据分别与2πft的正弦量和余弦量相乘，其中t为时间，得到两个相互正交的分量，每一个分量均通过数字低通滤波器以降低幅度形式噪声的影响，然后将两个正交分量相除，再对除数做反正切运算，得到未解缠绕的统计相位；第二步、求解相位变化：规定不同脉冲发射的时间为“慢时间轴”，并规定同一个脉冲内背向瑞利散射信号对应的时间为“快时间轴”，在“快时间轴”上选定参考点，参考点之后的每个光纤采样位置上的未解缠绕的统计相位与参考点的未解缠绕的统计相位作差，得到未解缠绕的差分相位，然后在每一个光纤采样位置对未解缠绕的差分相位沿着“慢时间轴”方向解缠绕，得到解缠绕后的差分相位，接着对所有脉冲的解缠绕后的差分相位按“慢时间轴”方向求平均，并将求得的平均值作为参考相位值，每一个脉冲的解缠绕后的差分相位与参考相位值作差，即得到相位变化；第三步、小波分解与重构：在“...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟镇，张旭苹，邹宁睦，李萌，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：