[发明专利]消除分布式光纤声波系统中衰落噪声的方法

说明书

一种消除分布式光纤声波系统中衰落噪声的方法，通过在接收端按时间顺序对采集到的来自啁啾光脉冲的瑞利背向散射光(RBS)的X态电信号和Y态电信号分别进行排序，并按频段分别分为子信号后对各个子信号进行匹配滤波，然后采用偏振分集处理得到相位旋转的反射率曲线，经叠加后实现干涉衰落和偏振衰落的消除。本发明利用了偏振分集技术将两种偏振态光信号叠加，可以直接消除干涉衰落、偏振衰落，进而消除相位解调错误，达到提高信噪比和准确定位的目的。

技术领域

本发明涉及的是一种分布式光纤传感领域的技术，具体是一种消除分布式光纤声波系统中衰落噪声的方法。

背景技术

分布式光纤声波传感器(Distributed Fiber-optic Acoustic Sensor,DAS)是一种用光纤作为传感探头，可以检测并定位发生在光纤上任意位置处的应变信号，并且可以线性地获得应变信号波形的传感器。目前绝大多数的DAS系统结构是基于相位敏感的光时域反射仪(Phase Sensitive Optical Time Domain Reflectometry,-OTDR)的。-OTDR结构变种很多，但基本原理是：发射高相干性的光脉冲到传感光纤中，利用合适的解调算法获得传感光纤上各反射点的瑞利背向散射光(Rayleigh Backscattering,RBS)的强度信息和相位信息。-OTDR具有一定的优势，比如系统结构简单可靠、解调算法简单易实现、灵敏度高、可以多点检测等等。

发明内容

本发明针对现有基于瑞利散射光的DAS系统会受到衰落噪声(Fading)的影响，提出一种消除分布式光纤声波系统中衰落噪声的方法，利用了偏振分集技术将两种偏振态光信号叠加，可以直接消除干涉衰落、偏振衰落，进而消除相位解调错误，达到提高信噪比和准确定位的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种消除分布式光纤声波系统中衰落噪声的方法，通过在接收端按时间顺序对采集到的来自啁啾光脉冲的瑞利背向散射光(RBS)的X态电信号和Y态电信号分别进行排序，并按频段分别分为子信号后对各个子信号进行匹配滤波，然后采用偏振分集处理得到相位旋转的反射率曲线，经叠加后实现干涉衰落和偏振衰落的消除。

所述的偏振分集处理是指：以第一个啁啾光脉冲的瑞利背向散射光的X态和Y态电信号的反射率曲线作为参考，与其他啁啾光脉冲的瑞利背向散射光的反射率曲线共轭相乘，得到相位旋转的反射率曲线，经平均运算，得到无干涉衰落的反射率曲线并相加后得到消除干涉衰落和偏振衰落的综合反射率曲线。

所述的反射率曲线，进一步通过检测其相位变化得到光纤应变的精确位置，具体为：将所有反射率曲线相加后得到综合反射率曲线，将其相位项进行自延时差分处理后得到差分相位曲线；再对每个啁啾光脉冲的差分相位曲线上的每一点处求标准差，当相位标准差超过阈值即判定对应点间的光纤发生应变。

本发明涉及一种实现上述方法的消噪单元，包括：依次相连的排序模块、匹配滤波模块、差分相位计算模块以及应变定位模块，其中：排序模块将排序后的X态电信号和Y态电信号分为多个频段的子信号并输出至匹配滤波模块进行分频段匹配滤波，匹配滤波模块匹配滤波后经过偏振分集处理得到综合反射率曲线输出至差分相位计算模块，差分相位计算模块从综合反射率曲线中提取出相位项并进行自延时差分处理得到相位差分曲线，应变定位模块对每个啁啾光脉冲的相位差分曲线中的各点计算标准差并判断得到应变发生精确位置。

附图说明

图1为分布式光纤声波传感器系统图；

图2为信号发生器输出的啁啾脉冲序列的时-频分析图。

图3为实施例输出的相位标准差曲线图；

图4为实施例输出的应变波形图；

图5为实施例输出的应变信号功率密度谱图；