[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

摘要

本发明提出一种基于整体最小二乘拟合的Φ‑OTDR定量测量的方法，涉及光纤传感技术领域。在基于数字相干探测方式的相位光时域反射仪中，测量光纤上动态事件的光相位沿光纤长度方向不断累加，又由于光纤折射率分布的不均匀性，累加后的相位沿光纤长度方向具有随机分布的特性，并且激光的频率漂移对测量结果也有影响。为了获取准确的定量解调结果，本发明经过获取数据、规定坐标、判断位置、原始解相、设新原点、相位作差、去除均值等一系列的数据采集、处理过程，在光纤长度方向得到了相对平滑的相位变化值，并且为了进一步精确求解，在经过数据拟合、适用判断的过程后得到了求解结果。该方法尽可能降低了激光频率漂移的影响，同时降低了偏振衰落等噪声的影响，使得测量结果具有高度的可靠性、精确性。

主权项

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xx＝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x>x₀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)。