[發明專利]分布式光纖測溫系統的降噪方法及裝置

有效

• 申請號: 201710498476.6
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107202653B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 董宏利;劉高聯;蘇永鋒
• 申請（專利權）人: 廣州市禹成消防科技有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種分布式光纖測溫系統的降噪方法，包括：采集光纖測溫系統中的Stokes光和Anti?Stokes光；將Stokes光和Anti?Stokes光分別轉換成對應的電壓；對轉換后的電壓進行數據預處理；對經過預處理的數據做提升小波變換，獲得不同尺度下的小波系數；為各尺度的高頻小波系數構建隱馬爾科夫樹模型；訓練該隱馬爾科夫樹模型，求解該模型里面的各類參數；根據所構建隱馬爾科夫樹模型，對含噪信號的高頻小波系數做貝葉斯估計，得到一組真實信號高頻小波系數；通過估計出來的高頻小波系數，結合最高尺度下的低頻小波系數，做提升小波逆變換，完成信號重構，得到干凈信號；對干凈信號再做預定數量的累加平均，得到最終信號。利用本發明可以提高系統降噪性能。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別涉及一種分布式光纖測溫系統的降噪方法及裝置。

背景技術

分布式光纖測溫系統(DTS)的核心技術為光纖激光雷達技術，即利用激光器向光纖中注入激光脈沖，然后對其后向散射光進行采集、分析，就可以實時測得整根光纖沿線的溫度變化。體現DTS性能的指標主要包括空間定位精度、測溫精度、空間分辨率、響應時間和傳感距離等。尤其是測溫精度和距離提升，一直是光纖傳感技術的重點發展方向。

DTS主要基于Raman后向散射機理，采用Anti-Stokes光與Stokes光的強度比來解調溫度。但是Raman散射信號十分微弱，需采用雪崩光電二極管進行光電轉換，由于高反偏置和雪崩特性，引入了雪崩暗電流和附加噪聲，使得光電轉換后的信號噪聲很大，導致實際采集到的Anti-Stokes光信號和Stokes光信號完全無法分辨出信號細節，因此降噪是研制分布式光纖測溫系統的關鍵環節，直接影響到系統的測溫精度和傳感距離。

若采用傅里葉變換在頻域降噪，由于DTS的噪聲頻譜是隨機的，且背向散射信號的e指數函數的頻譜也覆蓋整個頻域，因此很難在頻域中將兩者分離，效果無法保證。而小波變換作為多尺度分析工具，被譽為“信號顯微鏡”，能夠自動調節信號分析的時寬和帶寬，尤其適用于分布式光纖測溫系統；所以，目前在分布式光纖測溫系統中主要采用基于mallat算法的小波變換進行數據降噪處理。其特征在于，Raman散射信號通常表現為低頻信號或是一些比較平穩的信號，而噪聲信號通常表現為高頻信號，當對其進行小波變換時，信號的高頻部分對應于高頻小波系數，低頻部分對應于低頻小波系數，將包含噪聲的信號進行小波變換后，用閾值法去除一定量的高頻小波系數后，再做小波逆變換得到降噪后的信號。

在小波域做降噪處理效果是比較不錯的。小波閾值降噪法計算簡單且具有分析信號局部特征的能力，但是涉及到的閾值選取時比較困難，選取不當則對信號高頻部分的損害較大，影響降噪效果。

發明內容

基于此，本發明實施例的目的在于提供一種分布式光纖測溫系統的降噪方法及裝置，可以提高分布式光纖測溫系統的降噪性能。

為達到上述目的，本發明實施例采用以下技術方案：

一種分布式光纖測溫系統的降噪方法，包括：

采集光纖測溫系統中的Stokes光和Anti-Stokes光；

將Stokes光和Anti-Stokes光分別轉換成對應的電壓；

對轉換后的電壓進行數據預處理；

對經過預處理的數據做提升小波變換，獲得不同尺度下的小波系數；

為各尺度的高頻小波系數構建隱馬爾科夫樹模型；

訓練該隱馬爾科夫樹模型，求解該模型里面的各類參數；

根據所構建隱馬爾科夫樹模型，對含噪信號的高頻小波系數做貝葉斯估計，得到一組真實信號高頻小波系數；

通過估計出來的高頻小波系數，結合最高尺度下的低頻小波系數，做提升小波逆變換，完成信號重構，得到干凈信號；