[發明專利]一種提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法

在審

• 申請號: 202010627978.6
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111854918A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 龍潔;楊貴營;孫抗;李貴州;劉哲睿;王海港;常潤
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司焦作供電公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 鄭州圖釘專利代理事務所(特殊普通合伙) 41164
• 代理人: 石路

1.一種提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法，其特征在于：包括如下步驟：

A.采用φ-OTDR分布式光纖振動傳感系統，根據該系統“通過激光器向傳感光纖中注入加入光載波的啁啾脈沖光信號，會產生反向瑞利散射信號，該信號在光電探測器的作用下轉化為電信號，從而能夠得到加入啁啾脈沖光信號后的φ-OTDR跡線I(t)”這一原理，以間隔δt向傳感光纖中輸入兩條相同的啁啾脈沖光信號，得到間隔時間為δt的參考信號I_r(t)和測量信號I_m(t)；

B.使用寬度為δv的數字帶通濾波器分別對參考信號I_r(t)和測量信號I_m(t)中的通帶進行處理，得到相對應的帶通分量I_pb,r(f)和I_pb,m(f)；

C.提高空間分辨率，數字帶通濾波器分別將所述帶通分量I_pb,r(f)和I_pb,m(f)劃分為帶寬ΔW＝δv/N的N個獨立子帶和并調整相關時間

D.在同步濾波引起的時移之后，將參考信號I_r(t)和測量信號I_m(t)的相對應的子帶和均轉換為時域；

E.根據轉換后的時域計算參考信號I_r(t)和測量信號I_m(t)的N個互相關軌跡；

F.對N個互相關軌跡進行平均，得到時間互相關跡線，用于減少信噪比的降低。

2.根據權利要求1所述的提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法，其特征在于：在所述步驟A中，所述φ-OTDR分布式光纖振動傳感系統的原理具體為：

a.通過激光器向傳感光纖中注入加入光載波的啁啾脈沖光信號，

該信號表示為：

其中，

式中，E₀是脈沖振幅，是脈沖傳播延遲，τ_p是脈沖寬度，P_oc(t,z)是光頻為的載波，其中v₀為原信號的光頻率，為載波的光頻率，P_cp(t,z)是線性啁啾項。

b.所述啁啾脈沖光信號P(t，z)沿傳感光纖傳播時，會產生反向瑞利散射信號，該反向瑞利散射信號表示為光纖對啁啾脈沖的響應，該響應描述為所述啁啾脈沖光信號與光纖瑞利反向散射分布函數的卷積：

E(t)＝P(t,z)*r(z)＝E_oc(t)+E_cp(t)

其中，P(t，z)為啁啾脈沖光信號，r(z)為光纖瑞利反向散射分布函數，E_oc(t)為加入光載波對應的信號，E_cp(t)為原信號光代表的信號。

c.所述反向瑞利散射信號在光電探測器的作用下轉化為電信號，得到加入啁啾脈沖光信號后的φ-OTDR跡線，表示為：

I(t)＝E(t)E^*(t)＝I_bb(t)+I_pb(t)

其中，I_bb(t)＝|E_oc(t)|²+|E_cp(t)|²，頻譜I_bb(f)＝F(I_bb(t))是基帶，頻譜I_pb(f)＝F(I_pb(t))是通帶，為避免I_bb(f)和I_pb(f)重疊，需滿足

3.根據權利要求1所述的提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法，其特征在于：在所述步驟D中，將每對參考信號I_r(t)和測量信號I_m(t)的相對應的子帶和均轉換為時域的公式為：

4.根據權利要求1所述的提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法，其特征在于：在所述步驟E中，根據轉換后的時域計算參考信號I_r(t)和測量信號I_m(t)的N個互相關軌跡的公式為：

5.根據權利要求1所述的提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法，其特征在于：在所述步驟F中，對N個互相關軌跡進行平均采用的公式為：

其中，N為互相關軌跡的數量。