[发明专利]一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法

权利要求书

1.一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，包括信号源、分布式光纤声传感器、传感光纤，所述方法包括以下步骤：

1)所述的分布式光纤声传感器向所述传感光纤发射探测光脉冲，对所述传感光纤沿线感知的声场进行定量化监测，并获得声场分布信号S(l,t)，其中l表示传感光纤的一维轴向空间，t为时间；

2)所述的分布式光纤声传感器对获得的声场信号进行预处理：

首先，在所述的传感光纤内选择一段长为L的区间作为增强孔径，计算增强孔径内所接收信号的空间位置信息；

其次，增强孔径内，包含的传感单元数量为N，由分布式光纤声传感器的空间采样频率f_s决定，以Δn为间隔选取，个传感单元采集的声场信号作为采样信号组：

其中，l₁表示增强孔径在光纤链路上的起始位置；

最后，根据所述的空间位置信息，计算信号源关于增强孔径内每个传感单元的时间延迟向量

或相位延迟向量

其中m＝1,2,…,M，M表示信号源个数；

3)利用阵列信号处理方法对步骤2)所获得的采样信号组和延迟向量进行信号处理。

2.如权利要求1所述的一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，其特征在于，所述的步骤2)中空间位置信息为信号源相对增强孔径的方位向量或信号源相对增强孔径的三维位置坐标。

3.如权利要求1所述的一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，其特征在于，所述的步骤2)中空间位置信息利用信号源空间定位方法获得或根据先验知识人为指定。

4.如权利要求1所述的一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，其特征在于，所述的步骤3)中阵列信号处理方法为自适应空域滤波方法或延时求和方法。

5.如权利要求4所述的一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，其特征在于，所述的自适应空域滤波方法为最小方差无畸变响应波束形成器(MVDR)、线性约束最小方差波束形成器(LCMV)、广义旁瓣相消波束形成器(GSC)中的一种。

6.如权利要求4所述的一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，其特征在于，所述的延时求和方法如下：

计算延迟补偿权重，

对于第m个信号源，其增强信号按照以下方式计算，

对于其他M-1个信号源，其抑制信号效果受增强孔径大小限制。

7.如权利要求5所述的一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，其特征在于，所述的线性约束最小方差波束形成器(LCMV)方法如下：

计算采样信号组的协方差矩阵，

其中K表示所述的分布式光纤声传感器向所述传感光纤发射探测光脉冲的重复次数；

对于第m个信号源，确定限制向量F_1×M＝[0 0 … 1 … 0]，其中限制向量的第m个元素为1，其余均为0，限制向量确定了只对第m个信号源进行定向增强，而其余信号源则进行定向抑制，按下列方程计算相位补偿权重，

其中，H表示共轭转置，

对于第m个信号源，其增强信号分别按下列方程计算，

8.如权利要求1所述的一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，其特征在于，所述的信号源为宽带信号时，所述的步骤2)还包括：

将采样信号组变换到频域采样信号组X(f)，并拆分成P个子带信号X(f_p)，

根据信号源相对增强孔径的空间位置信息，计算信号源的每个子带关于每个传感单元的相位延迟向量

或时间延迟向量

9.如权利要求8所述的一种基于分布式光纤声传感器的信号处理方法，其特征在于，所述的步骤3)为采用线性约束最小方差波束形成器处理所述的频域采样信号组，具体为：

首先计算各子频带对应的协方差矩阵，

其中J表示所述的直接探测光时域反射计对时域采样信号组进行快速傅里叶变换的频率精度；

其次，对于第m个信号源，确定限制向量F_1×M＝[0 0 … 1 … 0]，其中限制向量的第m个元素为1，其余均为0，限制向量确定只对第m个信号源进行定向增强，而其余信号源则进行定向抑制，按下列方程计算各子频带对应的相位补偿权重，

其中，H表示共轭转置，

最后，对于第m个信号源的第p个子带，其频域增强信号按下列方程计算，

将所有子带重构成完整频域信号，再通过快速傅里叶逆变换即可得到经过增强后的第m个信号源的时域信号。