【技术实现步骤摘要】
本专利技术的至少一种实施例涉及光纤传感技术应用，更具体地涉及一种分布式声波传感系统及信号处理方法。
技术介绍
1、分布式声波传感技术（distributed acoustic sensing，das）是一种新型振动观测技术，利用激光在光纤中的背向瑞利散射进行振动探测。该技术使用光纤同时作为传感器及传输手段，易于铺设安装，不受电磁干扰，可实现超高密度，长距离，宽频带的实时振动探测，因而在安防、交通监测、地下结构成像等领域有广泛的研究与应用前景。
2、分布式声波传感技术利用相位敏感光时域反射计进行光纤应变测量。通过时域反射计原理，每向光纤发送一次脉冲光可得到此时刻整根光纤沿途振动情况，空间分布率达米级。连续向光纤发送脉冲光，可得到各位置振动随时间的变化，经过一定时间累计，可得到振动随时间、空间变化的二维时空响应图。对二维时空响应图中的变化量进行分析即可获取振动信息。
3、在车流监测、地铁、火车监测、振动源识别等领域，扰动信号在二维时空响应图中以直线形式存在，直线的斜率、截距等信息反映了扰动源的速度与位置。目前，对于分布式声波传感输出的二维时空响应结果，直接使用图形学方法进行直线监测，即针对整张图像进行二值化，去噪，直线检测。然而，由于分布式声波传感技术使用相干光进行探测，返回光存在干涉衰落现象，部分位置信号信噪比较差。同时，由于光纤需铺设于地下进行监测，铺设时难以保证所有位置条件相同，使得光纤不同位置灵敏度存在差异。因此，现有分布式声波传感输出结果的噪声主要源于干涉衰落与光纤铺设的不一致性，与常规图像噪声有较
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供一种分布式声波传感系统及信号处理方法，能够提高分布式声波传感系统输出信号的信噪比，降低误识别概率。
2、根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种分布式声波传感系统信号处理方法，包括：
3、获取分布式声波传感系统输出的瑞利散射信号，上述瑞利散射信号携带外界振动信息；
4、根据上述瑞利散射信号，获得上述瑞利散射信号随时间、空间变化的时空响应图；
5、根据上述时空响应图，计算上述瑞利散射信号的相位包络，以滤除上述时空响应图中的噪声信号，获得第一时空响应图；
6、对上述第一时空响应图进行分布式二值化处理，获得第一数据矩阵；
7、在时间维度对上述第一数据矩阵进行压缩，获得第二数据矩阵，以分离出噪声信号；
8、利用卷积核对上述第二数据矩阵进行卷积操作，以滤除上述噪声信号，获得第三数据矩阵；
9、对上述第三数据矩阵进行二值化处理，获得第四数据矩阵；
10、对上述第四数据矩阵进行霍夫变换，以获取上述外界振动信息。
11、根据本专利技术的实施例，上述根据上述瑞利散射信号，获得上述瑞利散射信号随时间、空间变化的时空响应图包括：
12、利用正交解调方法解调上述瑞利散射信号，获取上述瑞利散射信号的相位信息；
13、根据上述相位信息对上述瑞利散射信号分别进行时间维度和空间维度上的差分，获得上述瑞利散射信号随时间、空间变化的时空响应图。
14、根据本专利技术的实施例，上述对上述瑞利散射信号分别进行时间维度和空间维度上的差分的计算公式满足：
15、；
16、其中，为上述瑞利散射信号，为时间维度的上述瑞利散射信号， 为空间维度的上述瑞利散射信号，为正整数，为正整数，为标距长度。
17、根据本专利技术的实施例，上述对上述第一时空响应图进行分布式二值化处理，获得第一数据矩阵包括：
18、根据上述第一时空响应图，获得上述第一时空响应图中每个空间点的位置阈值；
19、利用每个上述位置阈值对上述第一时空响应图进行分布式二值化处理，获得第一数据矩阵。
20、根据本专利技术的实施例，上述根据上述第一时空响应图，获得上述第一时空响应图中每个空间点的位置阈值包括：
21、根据上述第一时空响应图，在时间维度进行滑动平均以获取上述第一时空响应图中每个空间点的位置阈值。
22、根据本专利技术的实施例，上述对上述第三数据矩阵进行二值化处理，获得第四数据矩阵包括：
23、基于上述第三数据矩阵选取全局阈值；
24、根据上述全局阈值，对上述第三数据矩阵进行二值化处理，获得第四数据矩阵。
25、根据本专利技术的实施例，上述卷积核为n×n的矩阵，经过矩阵原点与方向的数值为1，其余数值为0；
26、其中，为上述第一时空响应图中直线的最小斜率，为上述第一时空响应图中直线的最大斜率。
27、根据本专利技术的实施例，计算上述瑞利散射信号的相位包络后的上述瑞利散射信号满足：
28、；
29、其中，为上述计算上述瑞利散射信号的相位包络后的瑞利散射信号，为上述瑞利散射信号的相位函数，为上述瑞利散射信号的相位函数做希尔伯特变换后的相位函数。
30、根据本专利技术的实施例，上述第一时空响应图中每个空间点的位置阈值计算公式满足：
31、；
32、其中，为上述第一时空响应图中每个空间点的位置阈值，为上述第一时空响应图中每个空间点的空间距离，为上述第一时空响应图的时间，为上述第一时空响应图中瑞利散射信号的能量，为时间窗口，为增益倍数，为标距长度。
33、根据本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种分布式声波传感系统，包括：
34、传感光纤；
35、相位敏感的光时域反射计，上述相位敏感的光时域反射计与上述传感光纤连接，上述相位敏感的光时域反射计适用于连续将探测光脉冲发射至上述传感光纤中，以及适用于探测上述探测光脉冲在上述传感光纤中产生的瑞利散射信号。
36、根据本专利技术的实施例，通过获取分布式声波传感系统输出的携带外界振动信息的瑞利散射信号，根据瑞利散射信号，获得瑞利散射信号随时间、空间变化的时空响应图。通过计算瑞利散射信号的相位包络，滤除时空响应图中的噪声信号，获得第一时空响应图；对第一时空响应图分别进行分布式二值化处理、时间维度的压缩和卷积，对进行卷积后的第一时空响应图再次进行二值化处理，获得第四数据矩阵，最后对第四数据矩阵进行霍夫变换，获取外界振动信息，提高了分布式声波传感系统输出信号的信噪比，降低了误识别概率。
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1.一种分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述根据所述瑞利散射信号，获得所述瑞利散射信号随时间、空间变化的时空响应图包括：
3.根据权利要求2所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述对所述瑞利散射信号分别进行时间维度和空间维度上的差分的计算公式满足：
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述对所述第一时空响应图进行分布式二值化处理，获得第一数据矩阵包括：
5.根据权利要求4所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述根据所述第一时空响应图，获得所述第一时空响应图中每个空间点的位置阈值包括：
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述对所述第三数据矩阵进行二值化处理，获得第四数据矩阵包括：
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述卷积核为N×N的矩阵，经过矩阵原
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，计算所述瑞利散射信号的相位包络后的所述瑞利散射信号满足：
9.根据权利要求4所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述第一时空响应图中每个空间点的位置阈值计算公式满足：
10.一种分布式声波传感系统，应用于如权利要求1-9中任一项所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述分布式声波传感系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述根据所述瑞利散射信号，获得所述瑞利散射信号随时间、空间变化的时空响应图包括：
3.根据权利要求2所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述对所述瑞利散射信号分别进行时间维度和空间维度上的差分的计算公式满足：
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述对所述第一时空响应图进行分布式二值化处理，获得第一数据矩阵包括：
5.根据权利要求4所述的分布式声波传感系统信号处理方法，其特征在于，所述根据所述第一时空响应图，获得所述第一时空响应图中每个空间点的位置阈值包括：
6.根据权利要...
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