本發(fā)明涉及一種提高布里淵譜尋峰效率的基于互相關(guān)算法的botdr尋峰技術(shù)，屬于botdr測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

布里淵光時(shí)域反射技術(shù)(botdr)是基于自發(fā)布里淵散射的光時(shí)域反射的傳感技術(shù)。該技術(shù)僅需從光纖的一端射入脈沖光，并通過(guò)從同一端探測(cè)脈沖光的自發(fā)布里淵散射譜來(lái)進(jìn)行傳感。布里淵散射是由光纖中的光場(chǎng)與其誘導(dǎo)的聲場(chǎng)的相互作用引起的，散射光相對(duì)于入射光有一個(gè)頻率上的遷移，即所謂的布里淵頻移(bfs)。botdr進(jìn)行傳感的基本原理即：布里淵頻移與光纖所受的應(yīng)變有關(guān)，頻移大小與光纖的溫度及所受的徑向應(yīng)變成正比關(guān)系。

botdr技術(shù)最早應(yīng)用于航天領(lǐng)域，在發(fā)達(dá)國(guó)家相繼應(yīng)用于電力、通訊、工程等領(lǐng)域的應(yīng)變監(jiān)測(cè)和監(jiān)控。從90年代開(kāi)始，我國(guó)就開(kāi)始了光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用研究。隨著橋梁、軌道、堤壩、隧道等大型基礎(chǔ)工程的發(fā)展，botdr技術(shù)憑借其能感測(cè)溫度、應(yīng)變等多種物理量并且空間分辨率高、適用于遠(yuǎn)距離傳感、精度高的優(yōu)勢(shì)，能及早發(fā)現(xiàn)大型基礎(chǔ)工程中的安全隱患，因此廣泛應(yīng)用于工程的安全性監(jiān)測(cè)和監(jiān)控中。

目前對(duì)于布里淵頻譜的檢測(cè)主要采用頻譜掃描的方式，如圖1所示，通過(guò)在一定頻率范圍內(nèi)以一定的頻率間隔，依次獲得布里淵散射譜中各頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的傳感光纖各位置處的功率，再對(duì)測(cè)得的布里淵譜進(jìn)行洛倫茲曲線擬合得到整個(gè)傳感光纖上的布里淵頻移曲線，如圖2所示。檢測(cè)時(shí)間依賴于所需的傳感距離、掃頻間隔、掃頻范圍、平均次數(shù)和空間分辨率。正常情況下，botdr一次完整測(cè)量時(shí)間大概為幾十分鐘，以日本產(chǎn)的應(yīng)變分析儀aq8603為例。當(dāng)以5mhz的掃頻間隔對(duì)50km長(zhǎng)的光纖進(jìn)行掃頻檢測(cè)時(shí)，在平均2¹⁶次時(shí)耗費(fèi)時(shí)間4000秒。為了提高精度，則需要減小掃頻間隔，增加平均次數(shù)，但是此時(shí)測(cè)量時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)。因而，對(duì)于外界干擾比較短促的情況，botdr傳感系統(tǒng)是不能夠及時(shí)準(zhǔn)確地感知監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)的。

當(dāng)掃頻儀的掃頻速度為νshz/s，掃頻間隔δν，外界干擾的時(shí)間為δt，則botdr每次只能探測(cè)到個(gè)頻率點(diǎn)。以高鐵聲屏障的監(jiān)測(cè)為例，當(dāng)列車高速經(jīng)過(guò)聲屏障時(shí)，受損聲屏障就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的形變，附在其上的傳感光纖的也會(huì)發(fā)生形變。但由于列車高速行駛時(shí)，只需要幾秒就能夠完全經(jīng)過(guò)某一位置，botdr系統(tǒng)只能獲得部分布里淵頻譜，即殘缺譜。由于殘缺譜無(wú)法通過(guò)洛倫茲曲線擬合確定正確的布里淵頻譜峰值頻率，此時(shí)系統(tǒng)就無(wú)法獲知高鐵沿線的應(yīng)變信息，也就不能及時(shí)將受損聲屏障篩選出來(lái)。因此，利用殘缺譜進(jìn)行探測(cè)成為目前常用的尋峰手段之一，需要研究提出一種提高殘缺譜尋峰效率和準(zhǔn)確性的布里淵譜尋峰方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)背景技術(shù)的缺陷，對(duì)利用殘缺譜拼接的布里淵譜尋峰方法提出一種優(yōu)化方案，提供一種基于互相關(guān)算法的殘缺譜拼譜布里淵譜尋峰方法，優(yōu)化尋峰效率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

一種基于殘缺譜拼譜的bodtr互相關(guān)尋峰方法，包括前序?qū)嶒?yàn)步驟和實(shí)際檢測(cè)步驟，其中，前序?qū)嶒?yàn)步驟包括以下具體步驟：

步驟1，在外部干擾下，采用botdr系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試得到存在應(yīng)力情況下的全譜布里淵譜線；

步驟2，將步驟1中測(cè)得的全譜布里淵譜線與標(biāo)準(zhǔn)的洛倫茲曲線進(jìn)行互相關(guān)，將互相關(guān)的結(jié)果減去參考值，從而得到全譜互相關(guān)的準(zhǔn)確峰值頻率，所述參考值是指標(biāo)準(zhǔn)洛倫茲曲線的峰值頻率；

步驟3，在外部干擾下，采用botdr系統(tǒng)進(jìn)行s次檢測(cè)，獲得s個(gè)不同頻段的殘缺譜，s為正整數(shù)；

步驟4，將步驟3中s個(gè)不同頻段的殘缺譜進(jìn)行拼接得到近似全譜布里淵譜線；

步驟5，對(duì)步驟4中拼譜得到的近似全譜布里淵譜線與標(biāo)準(zhǔn)的洛倫茲曲線進(jìn)行互相關(guān)，將互相關(guān)的結(jié)果減去參考值，從而得到拼接的布里淵譜的峰值頻率，所述參考值是指標(biāo)準(zhǔn)洛倫茲曲線的峰值頻率；

步驟6、判斷步驟5得到的拼接的布里淵譜的峰值頻率是否以90％以上的概率落在區(qū)間[νtotal-2mhz，νtotal+2mhz]上：當(dāng)結(jié)果為否，則修改s的取值并返回執(zhí)行步驟3，當(dāng)結(jié)果為是，則進(jìn)入下一步驟；其中νtotal為步驟2得到的全譜互相關(guān)的準(zhǔn)確峰值頻率；

步驟7、求得步驟5得到的拼接的布里淵譜的峰值頻率與步驟2得到的準(zhǔn)確峰值頻率的差值，該差值為定值；

實(shí)際檢測(cè)步驟具體如下：

步驟a、在外部干擾下，采用botdr系統(tǒng)進(jìn)行m次檢測(cè)，獲得m個(gè)不同頻段的殘缺譜，m為前序?qū)嶒?yàn)步驟中s的最終取值；

步驟b、將步驟a中m個(gè)不同頻段的殘缺譜進(jìn)行拼接得到近似全譜布里淵譜線；

步驟c、對(duì)步驟b中拼譜得到的近似全譜布里淵譜線與標(biāo)準(zhǔn)的洛倫茲曲線進(jìn)行互相關(guān)，將互相關(guān)的結(jié)果減去參考值，從而得到拼接的布里淵譜的峰值頻率，所述參考值是指標(biāo)準(zhǔn)洛倫茲曲線的峰值頻率；

步驟d、利用步驟7得到的差值對(duì)步驟c求得的峰值頻率進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得最終布里淵譜峰值頻率。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于殘缺譜拼譜的bodtr互相關(guān)尋峰方法，所述botdr系統(tǒng)采用頻譜掃描的方式檢測(cè)布里淵頻譜，掃描頻率是5mhz，所測(cè)得的布里淵曲線上包含29個(gè)點(diǎn)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于殘缺譜拼譜的bodtr互相關(guān)尋峰方法，步驟3中殘缺譜中的頻率數(shù)其中，νs為掃頻儀的掃頻速度，δν為掃頻間隔，δt為外界干擾的時(shí)間。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于殘缺譜拼譜的bodtr互相關(guān)尋峰方法，步驟6中具體選擇拼接的布里淵譜的峰值頻率以95％的概率落在區(qū)間[νtotal-2mhz，νtotal+2mhz]上作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于殘缺譜拼譜的bodtr互相關(guān)尋峰方法，將不同頻段的殘缺譜進(jìn)行拼接得到近似全譜布里淵譜線，具體為：根據(jù)掃頻結(jié)果，將多個(gè)殘缺譜按照頻率順序放置到同一張頻譜坐標(biāo)系中，若存在重合的頻率點(diǎn)，則該頻率點(diǎn)的幅值取重合的頻率點(diǎn)的平均值。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于殘缺譜拼譜的bodtr互相關(guān)尋峰方法，所述botdr系統(tǒng)采用型號(hào)aq8603的應(yīng)變分析儀。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明通過(guò)在測(cè)量后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在殘缺譜的基礎(chǔ)上獲取真實(shí)布里淵頻譜的峰值頻率。彌補(bǔ)了botdr對(duì)于快速變化的外部干擾的不敏感性，改善了botdr在極端環(huán)境下的傳感效果，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用具有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1是基于botdr掃頻法結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是基于botdr掃頻法數(shù)據(jù)獲取示意圖。

圖3是本發(fā)明的方法流程圖。

圖4是掃頻范圍示意圖。

圖5是表示全譜的互相關(guān)尋峰過(guò)程。

圖6是兩次殘缺譜拼譜后采用互相關(guān)運(yùn)算的尋峰過(guò)程。

圖7是拼譜次數(shù)分別為20、40、60、80的情況下進(jìn)行50次實(shí)驗(yàn)每次得到的峰值頻率的分布。

圖8是掃頻間隔為1mhz、5mhz、10mhz、20mhz。

圖9是為了使實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性達(dá)到95％以上，在掃頻間隔為1mhz，5mhz，10mhz和20mhz的情況下，分別需要進(jìn)行290次，75次，43次和11次拼譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明在掃頻頻率一定的情況下，通過(guò)將獲得的殘缺譜進(jìn)行拼譜，再將拼譜與標(biāo)準(zhǔn)洛倫茲曲線進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，獲得真實(shí)的布里淵譜峰值頻率。同時(shí)，通過(guò)前序?qū)嶒?yàn)，在滿足實(shí)際運(yùn)用所需誤差范圍的基礎(chǔ)上，確定拼譜次數(shù)，優(yōu)化尋峰效率。

已知布里淵頻譜呈洛倫茲曲線型，其表達(dá)式為：

式中，ω為角頻率；gp為峰值布里淵增益；ωb＝2πνb為布里淵角頻率頻移；νb為布里淵頻移；γb為聲波衰減系數(shù)。

峰值布里淵增益gp的表達(dá)式為：

式中，n為光纖纖芯折射率；pl2為縱向彈光系數(shù)；c為光在真空中的速度；λp為入射光波長(zhǎng)；ρ0為光纖組成材料的密度；va為光纖中聲波的波速。

令a＝γb/2π，b＝νb，y＝gb，將公式(1)改寫(xiě)為：

式中，ν表示頻率。

因?yàn)闅埲弊V包含的布里淵譜信息較少，直接將殘缺譜和標(biāo)準(zhǔn)洛倫茲曲線進(jìn)行互相關(guān)會(huì)存在較大的誤差，因而對(duì)于殘缺譜來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可采用殘缺譜拼接得到近似的布里淵頻譜，再通過(guò)互相關(guān)方法法確定布里淵頻譜的峰值頻率νb，如圖3所示，包括以下具體步驟：

步驟1，在外部干擾下，采用botdr系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試得到了存在應(yīng)力情況下的布里淵譜線；由于掃描頻率是5mhz，所以測(cè)得的布里淵曲線上包含29個(gè)點(diǎn)。

步驟2，將步驟1中測(cè)得的全譜布里淵譜線與標(biāo)準(zhǔn)布里淵譜線進(jìn)行互相關(guān)，結(jié)果減去參考值，從而得到全譜的準(zhǔn)確峰值頻率。

步驟3，在外部干擾下，采用botdr系統(tǒng)進(jìn)行s次檢測(cè)，獲得s個(gè)不同頻段的殘缺譜，s為正整數(shù)。

步驟4，將步驟3中s個(gè)不同頻段的殘缺譜進(jìn)行拼接，具體為：根據(jù)掃頻結(jié)果，將s個(gè)殘缺譜按照頻率順序放置到同一張頻譜坐標(biāo)系中，若存在重合的頻率點(diǎn)，則該頻率點(diǎn)的幅值取重合的頻率點(diǎn)的平均值。

步驟5，對(duì)步驟3中拼譜得到的近似全譜與標(biāo)準(zhǔn)的洛倫茲曲線進(jìn)行互相關(guān)，結(jié)果減去參考值，從而得到拼接得的布里淵譜的峰值頻率。

步驟6，利用步驟2得到的準(zhǔn)確峰值頻率對(duì)步驟5求得的峰值頻率進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)控制檢測(cè)次數(shù)s一定時(shí)，拼譜尋峰得到的峰值與準(zhǔn)確峰值的差值為定值，這一差值將應(yīng)用于后續(xù)的拼譜尋峰結(jié)果的校準(zhǔn)中。

其中，s的取值的優(yōu)選值為：使拼接后互相關(guān)所得的峰值頻率以95％的概率落在區(qū)間[νtotal-2mhz，νtotal+2mhz]上，其中νtotal為全譜互相關(guān)得到的峰值頻率。由于拼譜次數(shù)會(huì)影響探測(cè)的準(zhǔn)確性和效率，拼譜次數(shù)s較小時(shí)，得到的峰值頻率誤差較大，當(dāng)拼譜次數(shù)較多時(shí)，探測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，尋峰效率低，不滿足實(shí)際工程需求。因此，在實(shí)際工程運(yùn)用中，需要先對(duì)系統(tǒng)標(biāo)定，確定s的取值。

實(shí)施例：為了更深入的闡述本發(fā)明的觀點(diǎn)，本發(fā)明以高鐵沿線聲屏障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例。

假設(shè)列車高速經(jīng)過(guò)聲屏障時(shí)，聲屏障向外的橫向形變不超過(guò)10厘米，超過(guò)10厘米時(shí)則認(rèn)為聲屏障損壞，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)。聲屏障10厘米橫向形變時(shí)對(duì)應(yīng)的徑向應(yīng)變?yōu)棣摩挺拧?49.4mhz，即布里淵頻移變化范圍不超過(guò)249.4mhz。為了方便計(jì)算，本發(fā)明只選擇250mhz的譜線寬度，即掃頻范圍為[ν-,ν-+250mhz]，ν-＝10.8ghz為不考慮應(yīng)變時(shí)的布里淵頻移，如圖4所示。

由于峰值頻率可能在掃頻范圍的任何位置出現(xiàn)，并且峰值頻率由布里淵頻譜的主要部分即可確定。為了方便說(shuō)明，本實(shí)施例中，本發(fā)明只選取了布里淵頻譜的主要部分進(jìn)行仿真。布里淵頻譜主要部分的數(shù)據(jù)是光纖上距離發(fā)射端2km的145mhz的布里淵頻譜。本系統(tǒng)中應(yīng)用aq8603，根據(jù)aq8603的參數(shù)設(shè)定，選取掃頻間隔為5mhz，掃頻速率為5mhz/s。列車完全經(jīng)過(guò)某一聲屏障的時(shí)間為5s，則botdr每次探測(cè)只能得到n＝5個(gè)頻率點(diǎn)，整個(gè)145mhz頻譜對(duì)應(yīng)29個(gè)頻率點(diǎn)。根據(jù)上述分析，本發(fā)明測(cè)得存在應(yīng)力情況下包含29個(gè)點(diǎn)的布里淵譜線。

運(yùn)用相關(guān)的方法可以得到全譜的準(zhǔn)確峰值頻率。具體的相關(guān)過(guò)程如圖5。本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)條測(cè)得存在應(yīng)力情況下的布里淵頻譜，如圖5中的(a)所示，測(cè)試得到的29個(gè)點(diǎn)符合呈洛倫茲分布的，峰值頻率大概在10.8825ghz附近，為了更方便的表示這29個(gè)點(diǎn)，本發(fā)明對(duì)每個(gè)點(diǎn)按坐標(biāo)軸順序進(jìn)行編號(hào)。圖5中的(b)表示一條理想的洛倫茲參考曲線，峰值頻率為10.8800ghz。圖5中的(c)則是運(yùn)用相關(guān)的方法，將圖5中的(a)和(b)相關(guān)結(jié)果減去參考曲線后的實(shí)際值，得到的峰值頻率是10.8826ghz，本發(fā)明將這個(gè)結(jié)果看作是全譜的準(zhǔn)確峰值頻率。

假設(shè)一列火車完全通過(guò)光纖上一定點(diǎn)的時(shí)間是δt＝5s，那么火車每通過(guò)一次，botdr可以獲得5個(gè)頻率點(diǎn)，本發(fā)明稱由這5個(gè)點(diǎn)組成的譜叫做殘缺譜。由于火車通過(guò)聲屏障的時(shí)間是隨機(jī)的，因此本發(fā)明測(cè)得的譜是由5個(gè)隨機(jī)分布在整個(gè)原始布里淵頻譜上的連續(xù)頻率點(diǎn)組成。

根據(jù)實(shí)際情況，在仿真時(shí)，本發(fā)明使用隨機(jī)函數(shù)來(lái)生成起始點(diǎn)(在245mhz范圍內(nèi))。通過(guò)并且從全譜上取出5個(gè)連續(xù)的點(diǎn)。但是僅僅從殘缺譜中本發(fā)明是無(wú)法獲得準(zhǔn)確的峰值頻率的，因此本發(fā)明提出了拼譜尋峰的想法。

首先來(lái)看一下只進(jìn)行2次拼譜的尋峰情況，如圖6所示。

圖6中的(a)中t1時(shí)刻的點(diǎn)表示隨機(jī)測(cè)到的7-11的殘缺譜，由三角形表示，與23-27的殘缺譜的拼譜情況，由方點(diǎn)表示。上述兩個(gè)ibs通過(guò)拼譜后相關(guān)得到的結(jié)果是10.8587ghz，與真實(shí)峰值發(fā)生了23.9mhz的偏差。

圖6中的(a)中t2時(shí)刻的點(diǎn)表示隨機(jī)測(cè)到的13-17的殘缺譜，由三角形表示，與17-21的殘缺譜的拼譜情況，由方點(diǎn)表示。上述兩個(gè)ibs通過(guò)拼譜后相關(guān)得到的結(jié)果是10.8872ghz，與真實(shí)峰值發(fā)生了4.6mhz的偏差。

上述得到的尋峰結(jié)果存在較大的誤差是正常的，第一次拼譜出現(xiàn)誤差的原因是因?yàn)槿狈Ψ逯蹈浇男畔ⅲ缘玫降慕Y(jié)果偏差較大。而第二次拼譜出現(xiàn)的誤差雖然比第一次要小很多，主要是因?yàn)閿?shù)據(jù)點(diǎn)集中在峰值附近，但是由于缺失邊上點(diǎn)的信息，也存在較大的誤差。上述結(jié)果表明，僅僅通過(guò)兩次的拼譜尋峰的精確度是不夠的。那么到底在測(cè)試時(shí)需要測(cè)試多少次，從而進(jìn)行尋峰是本發(fā)明提出的方法的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

顯然，拼譜次數(shù)越多，本發(fā)明可以得到整個(gè)原始布里淵頻譜上的信息越多，從而得到的峰值頻率就更加的接近于實(shí)際值。但是本發(fā)明又不能進(jìn)行無(wú)限次的拼譜，因?yàn)楣潭ň€路上的火車運(yùn)行數(shù)量固定，以滬寧高鐵為例，每天約200趟。另外，拼譜次數(shù)太多，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行消耗的時(shí)間變長(zhǎng)，從而效率變低，無(wú)法快速得到監(jiān)測(cè)結(jié)果。

本發(fā)明通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)看一下拼譜次數(shù)對(duì)這個(gè)方法的影響，由于這個(gè)是概率問(wèn)題，所以本發(fā)明采用50次完全相同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，圖7給出了拼譜次數(shù)分別為20、40、60、80不同拼譜次數(shù)情況下進(jìn)行50次實(shí)驗(yàn)每次得到的峰值頻率的分布。從圖中可以看出，當(dāng)拼譜20次時(shí)，大約有29次得到的峰值頻率在真實(shí)峰值頻率10.8826ghz的0.5mhz誤差范圍內(nèi)。當(dāng)增大拼譜次數(shù)到40次時(shí)，只有5次實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大，且曲線明顯波動(dòng)減小。繼續(xù)增大拼譜次數(shù)到60次，只有3次實(shí)驗(yàn)發(fā)生較大偏差，曲線波動(dòng)大大減小。當(dāng)拼譜次數(shù)達(dá)到80次時(shí)，只有一次實(shí)驗(yàn)發(fā)生偏差，曲線接近于理想的平穩(wěn)狀態(tài)。上述結(jié)果表明5m掃頻的情況，以增加拼譜次數(shù)為代價(jià)，尋峰結(jié)果隨著拼譜次數(shù)的增加越接近于準(zhǔn)確峰值頻率，且這個(gè)值的波動(dòng)越小。這是因?yàn)槠醋V次數(shù)越多，獲得的原來(lái)主譜的信息就越多。此外，還值得注意的是當(dāng)拼譜次數(shù)的增加，對(duì)于準(zhǔn)確能力的提高有所下降，因此在實(shí)際工程中要根據(jù)具體情況合理選擇拼譜次數(shù)。

以上本發(fā)明的分析討論都是基于典型的掃頻間隔為δν＝5mhz的情況，但是，在實(shí)際的工程實(shí)現(xiàn)中，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)掃頻間隔的大小以滿足各種精度需求，從而達(dá)到參數(shù)選擇的最優(yōu)化。

下面將對(duì)本發(fā)明提出的基于相關(guān)的拼譜尋峰技術(shù)中掃頻間隔的優(yōu)化選擇進(jìn)行分析,掃頻間隔為1m、5m、10m、20m。實(shí)驗(yàn)中控制拼譜次數(shù)都是40次，采用50次完全相同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。仿真結(jié)果如圖8所示。

在分析掃頻間隔δν＝1mhz時(shí)，由于只有5mhz下的全譜數(shù)據(jù)，所以首先需要采用插值的方法得到1mhz時(shí)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而得到該種情況下的離散布里淵頻譜。從圖8中的(a)可以看到得到的峰值頻率的分布整體有非常大的波動(dòng)和偏差，50次實(shí)驗(yàn)中只有10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果處于真實(shí)峰值頻率的0.5mhz誤差范圍以內(nèi)。相比于圖8中的(b)δν＝5mhz時(shí)的結(jié)果，在該種掃頻間隔下進(jìn)行40次拼譜是無(wú)法得到較為準(zhǔn)確的峰值頻率的。圖8中的(c)所示，當(dāng)掃頻間隔增大到10mhz時(shí)，可以從5mhz的全譜中得到包含有15個(gè)頻率點(diǎn)的離散布里淵頻譜，經(jīng)過(guò)40次拼譜，50次實(shí)驗(yàn)中得到的峰值頻率結(jié)果呈現(xiàn)較穩(wěn)定的趨勢(shì)，只有5次發(fā)生了明顯偏差，但是整體較準(zhǔn)確值10.8826ghz都發(fā)生了0.52mhz的偏差。繼續(xù)增大掃頻間隔到δν＝20mhz，圖8中的(d)所示，全譜中只包含7個(gè)頻率點(diǎn)，同樣進(jìn)行40次拼譜，結(jié)果呈現(xiàn)理想的無(wú)波動(dòng)狀態(tài)，但是整體發(fā)生了1.58mhz的偏差。但是掃頻間隔不能無(wú)限制的增大，例如，繼續(xù)增大掃頻間隔為30mhz時(shí)，全譜中只包含5個(gè)點(diǎn)，此時(shí)，由30mhz下的全譜相關(guān)得到的峰值頻率與5mhz下的全譜峰值頻率相比，發(fā)生了5.30mhz的偏差。當(dāng)間隔繼續(xù)增大時(shí)，得到的全譜所包含的點(diǎn)將不足5個(gè)。由于與原始布里淵頻譜相比丟失的信息太多，所以結(jié)果勢(shì)必會(huì)發(fā)生更大的偏差，從而失去分析運(yùn)用的意義。

為了進(jìn)一步弄清楚掃頻間隔、拼譜次數(shù)與準(zhǔn)確性的關(guān)系，本發(fā)明統(tǒng)計(jì)了在不同掃頻間隔下峰值頻率與實(shí)際值相比誤差在0.5mhz范圍內(nèi)的拼譜次數(shù)。如圖9所示，為了使實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性達(dá)到95％以上，在掃頻間隔為1mhz，5mhz，10mhz和20mhz的情況下，分別需要進(jìn)行290次，75次，43次和11次拼譜。

結(jié)合實(shí)際情況中的不同工程背景來(lái)看，當(dāng)掃頻間隔為1mhz時(shí)，需要進(jìn)行290次拼譜，但是，滬寧高鐵沿線每天的通車數(shù)大概是200趟，本發(fā)明無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)高效地獲得足夠的殘缺譜數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行拼譜，這樣得到的峰值頻率準(zhǔn)確度是無(wú)法達(dá)到95％的要求的。

對(duì)比著來(lái)看5mhz和10mhz頻率間隔下的情況，當(dāng)δν＝5mhz時(shí)，結(jié)果在真實(shí)峰值頻率附近波動(dòng)較小，但是所需要的拼譜次數(shù)較多，需要進(jìn)行75次拼譜結(jié)果準(zhǔn)確度才能達(dá)到95％。當(dāng)δν＝10mhz時(shí)，只需要進(jìn)行43次拼譜，但是，結(jié)果在真實(shí)峰值頻率附近整體發(fā)生了0.52mhz的微小偏差。

當(dāng)掃頻間隔為20mhz時(shí)，只需要進(jìn)行11次拼譜，可以很顯著的提高效率，在此情況下，本發(fā)明可以快速的獲得峰值頻率。然而，從圖8中的(d)可以知道，當(dāng)掃頻間隔為20mhz時(shí)，結(jié)果整體發(fā)生了1.58mhz的固定偏差，如果要得到準(zhǔn)確度較高的峰值頻率，本發(fā)明還需要對(duì)這種情況下獲得的峰值頻率進(jìn)行調(diào)整，從而減小誤差。

實(shí)際環(huán)境中，列車每次經(jīng)過(guò)聲屏障的速度會(huì)有波動(dòng)，此時(shí)對(duì)聲屏障的應(yīng)變就會(huì)有一定波動(dòng)。假設(shè)列車對(duì)2km處聲屏障的應(yīng)變波動(dòng)造成布里淵頻譜峰值頻率最大1mhz的偏移，則多次掃頻得到的殘缺譜就屬于不同的布里淵頻譜。當(dāng)殘缺譜不重合時(shí)，直接拼接即可；殘缺譜重合時(shí)，重合頻率點(diǎn)處的拼接將面臨幅值不同的問(wèn)題，這里本發(fā)明采用取幅值平均值作為拼接后重合點(diǎn)處的幅值。

設(shè)拼接后進(jìn)行洛倫茲擬合得到的峰值頻率以95％的概率落在區(qū)間[νtotal-2mhz，νtotal+2mhz]中，2mhz誤差相當(dāng)于聲屏障發(fā)生8.9mm橫向形變，這在工程中是可接受的。

對(duì)比著來(lái)看5mhz和10mhz頻率間隔下的情況，當(dāng)δν＝5mhz時(shí)，結(jié)果在真實(shí)峰值頻率附近波動(dòng)較小，但是所需要的拼譜次數(shù)較多，需要進(jìn)行75次拼譜結(jié)果準(zhǔn)確度才能達(dá)到95％。當(dāng)δν＝10mhz時(shí)，只需要進(jìn)行43次拼譜，但是，結(jié)果在真實(shí)峰值頻率附近整體發(fā)生了0.52mhz的微小偏差。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)在測(cè)量后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以在殘缺譜中獲取真實(shí)布里淵頻譜的峰值頻率，在實(shí)際工程應(yīng)用中，如果對(duì)結(jié)果的精度要求很高，可以采用5mhz的掃頻間隔。如果對(duì)結(jié)果的精度要求不是很高，可以允許微小誤差的存在，同時(shí)，要求系統(tǒng)的檢測(cè)效率較高，則可以選擇10mhz的掃頻間隔。本發(fā)明彌補(bǔ)了botdr對(duì)短促外部干擾的不敏感性，改善了其在極端條件下的工作效果，具有精確、穩(wěn)定和可重復(fù)性的特點(diǎn)，對(duì)于工程應(yīng)用具有重要意義。

以上所述僅是本發(fā)明的部分實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。