[发明专利]分布式光纤温度测量数据处理和精度提升的方法

权利要求书

1.一种分布式光纤温度测量数据处理和精度提升的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：基于散射光强度的自适应滤波法对分布式光纤温度测量的原始数据进行处理，首先建立测量系统的状态模型来消除系统的误差，并同时对滤波算法进行调整来滤除散射光和电子设备带来的干扰噪声；

步骤二：对处理后的数据进行简化，根据对测量环境的预测，对测量数据设立阈值，删除超过阈值后的数据；使用均值滑动处理分组数据，根据测量的时间序列，对测量数据进行分组，取各组均值作为简化数据；对于删除和空白数据由上组均值滑动处理后的值进行填充；

步骤三：对出水层位置的温度进行修正，由于热交换系数的不同，光纤实际测得温度出现偏差，测得温度和测量位置不能匹配，所以根据实际温度下空气和复合缆的导热系数的比值对测量结果进行修正，以达到提升温度测量精度和正确判断出水层的目的；

具体的修正步骤如下：

建立关于复合缆与周围环境的热交换模型，计算复合缆在热交换过程中热量的损耗：

t_f和t_r分别代表光纤测量的温度和复合缆外壁温度，σ表示复合缆铠装层的厚度，r表示光纤到钢管内壁的距离，r₁表示光纤到钢管外壁的距离，r₂表示光纤到复合缆铠装层的距离，λ_r和λ₁分别表示光纤封装钢管和空气的热传导系数；

根据热交换过程中热量的损耗，对光纤测量结果进行修正，若t表示实际测得温度，Δt表示修正后光纤测量温度，d表示测量位置的深度；修正后该位置实际温度为：

2.根据权利要求1所述分布式光纤温度测量数据处理和精度提升的方法，其特征在于：在步骤一中，处理过程具体为：

建立测量系统的状态模型

x(k+1)＝f(x(k))+w(k)

其中x(k)为目标状态，f代表非线性状态转换过程，w(k)为过程噪声；

分布式光纤测量值表示为：

z(k)＝h(x(k))+φ(k)+v(k)

h代表非线性测量值的测量映射，v(k)为测量噪声，φ(k)为量测方程模型建立过程中存在的未知系统误差；通过分布式光纤测量结果的噪声分析，过程噪声w(k)和测量噪声v(k)的均值为0的高斯白噪声，方差分别为W(k)和V(k)；

由于在分布式光纤测量系统的采样频率高，φ(k)-φ(k-1)趋于零，因此增量方程简化为：

y(k)＝h(x(k))-h(x(k-1))+V(k)-V(k-1)

联立状态模型便可消除系统误差

新协方差阵和互协方差阵为：

估计状态及其协防差阵：

在分布式光纤温度测量系统中，由于散射光强度是不断变化的，所以对滤波算法进行调整，加入基于散射光强度变换的自适应加权因子θ_k，光强度需要预先做归一化处理，调整后的滤波结果为:

P(kk-1)＝θ_kP_c(kk-1)+W(k+1)

算法通过噪声信号的特点选择所更新的部分系数，根据散射光强度加入自适应加权因子调整滤波，有效滤除散射光和电子设备带来的干扰噪声。