[发明专利]一种基于整体最小二乘拟合的Φ-OTDR定量测量的方法

权利要求书

1.一种基于整体最小二乘拟合的Φ-OTDR定量测量的方法，其特征在于，其实现步骤依序为：

步骤一、规定坐标：规定光纤长度方向对应坐标轴x，在光纤长度方向上以采样步进D等间距标记采样点m，采集数据的前一个采样时间点为x轴的原点，共采样M个点形成序列；脉冲间隔方向对应坐标轴t，以采样前一个周期为原点，在脉冲间隔方向上以脉冲间隔T等间距标记采样点n，共采样N个点形成序列；

步骤二、获取数据：以交流耦合的方式获取相位光时域反射仪的观测数据E，其中

E＝E(x,t)＝E(m*D,n*T)＝E(m,n)

步骤三、判断位置：以幅度差分的方式判断出振动所处的位置，将振动区域记为[x₁，x₂]，其中x₁和x₂均为光纤长度方向上的点，且其中，c为光在真空中的速度，τ为脉冲宽度，为所述光纤的平均折射率；

步骤四、原始解相：对观测数据E＝E(m*D,n*T)进行IQ解调，求得光纤长度方向上每个采样点的相位值

上述步骤四进行原始解相的具体步骤包括，将观测数据E分别和AOM频移值的正弦、余弦分别相乘，得到两个正交的分量，再分别经过低通滤波器，然后将正弦分量除以余弦分量，再对除得的结果做反正切运算，求得光纤长度方向上每个采样点的相位值；

步骤五、设新原点：在步骤三所述振动区域左侧序列点上取一点x₀，点x₀处的相位值须为0，点x₀和点x₁之间没有相位的噪声点，且点x₀和点x₁之间的距离小于以点x＝x₀为新原点，记为x₀＝0，则由所述新原点起始的序列上的采样点mm有：mm＝m-x₀/D，其中mm的取值范围为0,1,2,3,…,M-x₀/D；

步骤六、相位作差：所有xx₀采样点的相位值和新原点x₀处的相位值作差，得到函数Φ0(mm，n)：

对Φ0(mm，n)解缠绕得到Φ(mm,n)：

Φ(mm,n)＝unwrap(Φ0(mm,n))，

其中，unwrap()是相位解缠绕函数；

步骤七、去除均值：对于光纤长度方向上的任意采样点mm＝mmx，在脉冲间隔方向上有Φ(mmx,1)，Φ(mmx,2)，Φ(mmx,3)，…，Φ(mmx,N)，定义函数ΦΦ(mmx，n)，其中

令任意值mmx＝mm，有ΦΦ(mm,n)，此处mm＝1,2,3,…,M-x₀/D；

步骤八、数据拟合：当mm(x₂-x₀)/D时，对ΦΦ(mm，n)进行预处理；

在脉冲间隔方向，对于任意的采样点n＝ny，有ΦΦ(mm，ny)，mm(x₂-x₀)/D；用ΦΦ(mm，ny)对应的数据拟合一次函数ΦΦ＝a*mm+b，其中a和b分别为一次函数的参数；得到β(ny)＝a，Θ(ny)＝b，由于ny是任意值，所以有β(n)，Θ(n)；

步骤九、适用判断：对任意n＝ny，若出现|β(ny)|≤10e^(-3)，则Θ(n)为所求相位信息；

步骤十、转换结果：根据t＝n*T，将Θ(n)还原为Θ(t)。

2.如权利要求1所述的一种基于整体最小二乘拟合的Φ-OTDR定量测量的方法，其特征在于，步骤八中，拟合方法采用整体最小二乘的方法，在求解参数a和b时采用奇异值分解。

3.如权利要求1所述的一种基于整体最小二乘拟合的Φ-OTDR定量测量的方法，其特征在于，步骤四进行原始解相的具体步骤包括，将观测数据E分别和AOM频移值的正弦、余弦相乘，得到两个正交的分量，再分别经过低通滤波器，然后将正弦分量除以余弦分量，再对除得的结果做反正切运算，求得光纤长度方向上每个采样点的相位值。

4.如权利要求1所述的一种基于整体最小二乘拟合的Φ-OTDR定量测量的方法，其特征在于，激光采用高相干光源，线宽小于100Hz。