分布式光纖振動(dòng)傳感多點(diǎn)擾動(dòng)定位算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分布式測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)中的多 點(diǎn)擾動(dòng)定位算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 分布式光纖振動(dòng)傳感器具有獲得被測(cè)量信息在空間和時(shí)間上連續(xù)分布的特點(diǎn)，靈 敏度高，便于構(gòu)成連續(xù)分布的傳感網(wǎng)絡(luò)，適合于長(zhǎng)距離光信號(hào)的傳輸，在一些基礎(chǔ)設(shè)施如通 信電纜、輸油管道，高壓電網(wǎng)等W及一些具有特殊要求的安防系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用范圍。
[0003] 傳統(tǒng)的分布式光纖振動(dòng)傳感擾動(dòng)源定位方法主要有陷波點(diǎn)法和自相關(guān)時(shí)延法。陷 波點(diǎn)法是通過擾動(dòng)源引起的光相位差的頻譜圖中的頻率缺失點(diǎn)來(lái)獲得振動(dòng)點(diǎn)的位置信息。 但是該方法中的頻率缺失點(diǎn)位置易受到其他因素的干擾使得定位精度下降，更無(wú)法處理多 點(diǎn)同時(shí)擾動(dòng)的情況。自相關(guān)時(shí)延法是對(duì)解調(diào)后的相位信號(hào)做自相關(guān)，利用不同路徑光信號(hào) 之間受到擾動(dòng)的時(shí)延差對(duì)應(yīng)于自相關(guān)函數(shù)副峰與主峰之間的位置差來(lái)實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)定位。但當(dāng) 多點(diǎn)擾動(dòng)同時(shí)作用時(shí)，自相關(guān)函數(shù)的副峰難W分辨W致無(wú)法定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種針對(duì)分布式光纖傳感系統(tǒng)的多點(diǎn)擾動(dòng)定位算法，W解決 傳統(tǒng)擾動(dòng)源定位方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位的問題。
[0005] 本發(fā)明提出的分布式光纖傳感多點(diǎn)擾動(dòng)定位算法，具體步驟如下：
[0006] (1)首先，對(duì)分布式光纖傳感主機(jī)采集到的兩路干設(shè)信號(hào)datax和dataY進(jìn)行相位 還原解調(diào)得到兩路干設(shè)信號(hào)的相位差信號(hào)Δ斌治；
[0007] 似然后，對(duì)相位差信號(hào)Δ0怕進(jìn)行傅里葉變換得到頻譜ρ(ω);對(duì)頻譜ρ(ω)取自 然對(duì)數(shù)1η[Ρ(ω)];
[000引 做對(duì)頻譜的自然對(duì)數(shù)1η[Ρ(ω)]進(jìn)行傅里葉反變換得到倒譜C(t)=ρ?{1η[Ρ(ω)]};
[0009] (4)根據(jù)倒譜C(t)，取其四個(gè)最大峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間值從小到大分別為Ti，τ,， τ3，τ4,計(jì)算τ1+2τ2和τ2+2τ1，與τ進(jìn)行比較；
[0010] 若τ1巧τ2與τ4值大小較近（一般地，兩者差值小于10微秒），則將τ1和τ4 根據(jù)^ ^求得兩處擾動(dòng)位*到線路末端的距離La和L
[0011] 若τ2巧τ1與τ4值大小較近（一般地，兩者差值小于10微秒），則將τ2和T4 根據(jù)i 求得兩處擾動(dòng)位*到線路末端的距離La和L
[0012] 其中C是真空中光速，n^f是光纖的有效折射率，τ是不同峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，即 為Τ1,τ2,Τ3,Τ4〇
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是：本算法解決了分布式光纖傳感定位系 統(tǒng)中多點(diǎn)擾動(dòng)同時(shí)出現(xiàn)的多點(diǎn)位置確定問題，且定位算法簡(jiǎn)便快捷，定位精度高。
【附圖說明】
[0014] 圖1示意了整個(gè)發(fā)明的算法流程圖。
[0015] 圖2示意了實(shí)施例所采用的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖3示意了本發(fā)明處理得到的相位差信號(hào)示意圖。
[0017] 圖4示意了本發(fā)明處理得到的倒譜信號(hào)示意圖。
[0018] 圖中標(biāo)號(hào)：1為光源；2為3*3禪合器；3為延遲線圈；4為姑2禪合器；5為擾動(dòng)點(diǎn) A;6為擾動(dòng)點(diǎn)B;7為PGC模塊；8為FRM。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020] 實(shí)施例中分布式光纖傳感器采用基于Mach-Zehnder和Sa即ac混合干設(shè)儀的結(jié) 構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。根據(jù)光路結(jié)構(gòu)，Ξ路等能量光束中的兩路光束經(jīng)過光路后形成 4路不同光束，分別為：
[0021] 光束A:光源1 一 3*3禪合器2 -延遲線圈3 - 2巧禪合器4 一擾動(dòng)點(diǎn)A5 -擾動(dòng) 點(diǎn)B6 -PGC模塊7 -FRM8 -PGC模塊7 -擾動(dòng)點(diǎn)B6 -擾動(dòng)點(diǎn)A5 - 2巧禪合器4 一延遲 線圈3 - 3*3禪合器2 -光源1。
[0022] 光束B:光源1 一 3*3禪合器2 - 2巧禪合器4 一擾動(dòng)點(diǎn)A5 -擾動(dòng)點(diǎn)B6 -PGC模 塊7 -FRM8 -PGC模塊7 -擾動(dòng)點(diǎn)B6 -擾動(dòng)點(diǎn)A5 - 2巧禪合器4 一 3*3禪合器2 -光 源1。
[0023] 光束C:光源1 一 3*3禪合器2 -延遲線圈3 - 2巧禪合器4 一擾動(dòng)點(diǎn)A5 -擾動(dòng) 點(diǎn)B6 -PGC模塊7 -FRM8 -PGC模塊7 -擾動(dòng)點(diǎn)B6 -擾動(dòng)點(diǎn)A5 - 2巧禪合器4 一 3*3 禪合器2 -光源1。
[0024] 光束D:光源1 一 3*3禪合器2 - 2巧禪合器4 一擾動(dòng)點(diǎn)A5 -擾動(dòng)點(diǎn)B6 -PGC模 塊7 -FRM8 -PGC模塊7 -擾動(dòng)點(diǎn)B6 -擾動(dòng)點(diǎn)A5 - 2巧禪合器4 一延遲線圈3 - 3*3 禪合器2-光源1。
[00巧]由于光纖延遲線長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光器的相干長(zhǎng)度，所W僅僅有光束C和D能夠產(chǎn) 生干設(shè)，其余光束形成直流信號(hào)。運(yùn)兩路光束具有相同光程，在3*3禪合器2處發(fā)生干設(shè)， 分布式光纖傳感主機(jī)采集到的兩路干設(shè)信號(hào)dataX和dataY。
[0026] 圖1示意了整個(gè)發(fā)明的算法流程圖。首先對(duì)分布式光纖傳感主機(jī)采集到的兩 路干設(shè)信號(hào)dataX和dataY進(jìn)行相位還原解調(diào)得到兩路干設(shè)信號(hào)的相位差信號(hào)Δ0扣。 當(dāng)A，B兩點(diǎn)同時(shí)施加擾動(dòng)信號(hào)時(shí)，去程光路和回程光路均在A，B兩點(diǎn)各受到擾動(dòng)，一 共四次擾動(dòng)，四次擾動(dòng)兩兩之間均存在一定的時(shí)間延遲，分別為T5e，2Xes，Tse巧Tes ，2τ日6巧τ68,τ56,τ日6+2τ68，其中τ日6,τ日6巧τ6期重復(fù)一次，最后解調(diào)出的信號(hào)為 Δ0巧二s(〇 +'aiS(r-l· 1目6) +巧終傳+Τ始+勤68) +化軒持+這τ班牛斬鮮）+貨(￡)，女日?qǐng)D3中 所示，其中s(t)為擾動(dòng)信號(hào)，α是衰減因子，在計(jì)算中假設(shè)α均為1，τ為2個(gè)子信號(hào)之 間的時(shí)延，n(t)為噪聲。
[0027] 對(duì)相位差信號(hào)A0(t)進(jìn)行傅里葉變換得到頻譜Ρ(ω)，對(duì)頻譜Ρ(ω)取自然 對(duì)數(shù)1η[Ρ(ω)]。對(duì)頻譜的自然對(duì)數(shù)1η[Ρ(ω)]進(jìn)行傅里葉反變換得到倒譜C(t)= F1{In[P(ω) ]}。如圖4中所示，根據(jù)倒譜C(t)，其四個(gè)最大峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間值從小到大分 別為τ1，τ2,τ3,τ4,分別對(duì)應(yīng)于時(shí)間延遲τ日6, 2τ68,τ56+2τ68, 2τ日6+2τ68,計(jì)算τ1+2τ2 和Τ2巧Τι，與Τ4進(jìn)行比較，若τ1巧Τ2與τ4值大小較為相近，則將τ1和τ4根據(jù)
求得兩處擾動(dòng)位置到線路末端的距離La和Le，若T2+2Ti與τ4值大小較為相近， 則將τ2和Τ4根據(jù)
求得兩處擾動(dòng)位置到線路末端的距離La和Lb。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分布式光纖振動(dòng)傳感多點(diǎn)擾動(dòng)定位算法，其特征在于，具體步驟如下： (1) 首先，對(duì)分布式光纖傳感主機(jī)采集到的兩路干涉信號(hào)dataX和dataY進(jìn)行相位還原 解調(diào)得到兩路干涉信號(hào)的相位差信號(hào)A0(t); (2) 然后，對(duì)相位差信號(hào)Δ0(0進(jìn)行傅里葉變換得到頻譜1? ;對(duì)頻譜1_|取自然對(duì)數(shù) hi|F(c<.〇]； (3) 對(duì)頻譜的自然對(duì)數(shù)廉[代如進(jìn)行傅里葉反變換得到倒譜(4) 根據(jù)倒譜C(i).取其四個(gè)最大峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間值從小到大分別為τρ τ2, τ3, τ4， 計(jì)算τ # τ 2和τ 2+2 τ i，與τ 4進(jìn)行比較： 若τ i+2 τ 2與τ 4值大小差值小于10微秒，則將τ τ 4根據(jù) 丨求得兩處擾動(dòng)位置到線路末端的距離"和L Β; 若τ 2+2 τ 1與τ 4值大小差值小于10微秒，則將τ 2和τ 4根據(jù) 求得兩處 擾動(dòng)位置到線路末端的距離1^和L Β; 其中c是真空中光速，nrff是光纖的有效折射率，τ是不同峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，即為 τ 1? τ 2? τ 3? τ 4〇
【專利摘要】本發(fā)明屬于分布式測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種分布式光纖傳感多點(diǎn)擾動(dòng)定位算法。本發(fā)明方法運(yùn)用倒譜分析的方法，首先對(duì)分布式光纖傳感主機(jī)采集到的兩路干涉信號(hào)進(jìn)行相位還原解調(diào)得到兩路干涉信號(hào)的相位差信號(hào)，對(duì)相位差信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換后取自然對(duì)數(shù)，最后進(jìn)行傅里葉反變換得到倒譜，根據(jù)倒譜獲取擾動(dòng)信號(hào)的時(shí)延信息計(jì)算出多點(diǎn)擾動(dòng)的位置信息，實(shí)現(xiàn)了分布式光纖傳感定位系統(tǒng)中多點(diǎn)擾動(dòng)同時(shí)出現(xiàn)的多點(diǎn)位置確定問題。
【IPC分類】G01H9/00
【公開號(hào)】CN105277272
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510698781
【發(fā)明人】王超, 葉子, 賈波
【申請(qǐng)人】復(fù)旦大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年10月25日