[发明专利]一种随机单脉冲采样在相位敏感OTDR传感中恢复信号及频率的方法

权利要求书

1.一种随机单脉冲采样在相位敏感OTDR传感中恢复信号及频率的方法，用于相敏型OTDR中信号重构及频率恢复，其特征在于，包括步骤如下：

(1)确定与实验时所需要的正弦信号相对应的观测矩阵Φ；包括步骤如下：

A、对任意频率的模拟信号进行仿真，设定模拟信号的长度为N，模拟信号的长度与实验中扰动信号的长度相同；

B、使用随机单脉冲序列对模拟信号进行模拟采样，即对步骤A仿真的模拟信号进行非等间隔的随机采点；

C、根据步骤(1)中A所知，模拟信号的长度为N，步骤B完成后，各个采样点的采样位置的总集合即所需要的观测矩阵Φ，对长度为N的模拟信号，在空间上将其上的点标记为1-N，采样点的位置是指采集到的模拟信号上的点所对应的标记，将模拟信号采样点所对应位置的标记从小到大按顺序排列，即得到采样位置的总集合；

(2)确定与观测矩阵Φ相对应的观测向量y；

(3)利用离散傅里叶变换矩阵得出信号的稀疏矩阵Ψ；

(4)利用正交匹配追踪算法OMP对其进行信号重构及频率恢复；

(5)通过傅里叶变换，将信号由时域变换到频域，进而得到信号、频率。

2.根据权利要求1所述的一种随机单脉冲采样在相位敏感OTDR传感中恢复信号及频率的方法，其特征在于，所述步骤(2)，确定与观测矩阵Φ相对应的观测向量y，观测向量y为在亚采样频率下对实验时的扰动信号进行随机采样而得到的结果，包括步骤如下：

使用任意函数发生器对此随机单脉冲序列进行编写，随机单脉冲序列的个数为M，之后对相敏OTDR系统进行实验，使用函数发生器产生的单脉冲序列对6kHz的正弦扰动信号进行采样，采样后得到的一维数据便是观测向量y，采集到的观测向量y为M*1的矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种随机单脉冲采样在相位敏感OTDR传感中恢复信号及频率的方法，其特征在于，所述步骤(3)，利用离散傅里叶变换矩阵得出任意信号的稀疏矩阵，包括步骤如下：

步骤(1)中，设定实验时所需要的正弦信号的长度为N；对实验时所需要的正弦信号求离散傅里叶变换矩阵，得到的结果即为信号的稀疏矩阵Ψ。

4.根据权利要求1所述的一种随机单脉冲采样在相位敏感OTDR传感中恢复信号及频率的方法，其特征在于，所述步骤(4)，利用正交匹配追踪算法对其进行信号重构及频率恢复，包括步骤如下：

D、通过给定压电陶瓷一个6kHz的正弦扰动信号Y，将3-9m的光纤缠绕在压电陶瓷上，使得正弦扰动信号Y可以作用在光纤上，并对正弦扰动信号Y进行随机单脉冲采样；

E、求解稀疏系数x，求解如下式(I)中的x，式(I)如下所示：

y＝ΦΨx＝Ax (I)

式(I)中，Ψ是指稀疏矩阵，x是指稀疏系数，A为传感矩阵，A＝ΦΨ。

5.根据权利要求4所述的一种随机单脉冲采样在相位敏感OTDR传感中恢复信号及频率的方法，其特征在于，所述步骤D，通过给定压电陶瓷一个6000Hz的正弦扰动信号Y，将7m的光纤缠绕在压电陶瓷上。