[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

本發明涉及一種提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法，采用φ?OTDR分布式光纖振動傳感系統，采集參考信號和測量信號，為了提高空間分辨率，分別對參考信號和測量信號進行劃分子帶處理，并將劃分后的子帶轉換為時域，然后計算參考信號和測量信號的N個互相關軌跡，再對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。本發明能夠在不改變脈沖寬度的同時還能有效提高空間分辨率，減少信噪比的降低，且易于實現，降低了成本。

技術領域

本發明屬于光纖傳感測量技術領域，具體涉及一種提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法。

背景技術

分布式光纖干涉振動檢測系統具有靈敏度高、信號處理實時性好、監測距離長、動態檢測范圍大等優點，受到了廣泛的關注與研究，已運用于長距離通信、遠距離輸電等領域的定位監測中。

φ-OTDR分布式光纖振動傳感系統是一種常見的光纖振動傳感系統，其原理框圖如圖1所示，包括有激光器和光電探測器等，由激光器向傳感光纖中輸入脈沖光，脈沖信號在光纖中傳輸會發生瑞利散射，產生后向瑞利散射信號，當外界有振動作用在光纖上某處時，由于彈光效應，該處的光纖參數會發生變化，導致瑞利散射曲線對應位置處的光強發生變化，通過信號處理，即可實現對振動事件的探測和定位。

φ-OTDR分布式光纖振動傳感系統的動態范圍是關鍵技術指標之一，決定了反射儀進行有效測量的光纖的最大長度，動態范圍越大，所能測量的光纖距離越長，而空間分辨率是指φ-OTDR能夠識別的兩個故障點之間的最短距離，提高空間分辨率指標有利于準確定位光纖故障，一般通過增加光脈沖的寬度來提高動態范圍，但脈沖寬度增加的同時也導致了空間分辨率下降這一問題，這就限制了φ-OTDR性能的進一步提升，近年有研究采用光脈沖編碼或波長掃描相關等技術解決該問題，雖有較好的效果，但極大增加了系統的復雜性，并且成本高昂，因此提供一種不改變脈沖寬度的同時還能有效提高空間分辨率、易于實現、成本較低的提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法是很有必要的。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，而提供一種提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法，能夠在不改變脈沖寬度的同時還能有效提高空間分辨率，減少信噪比的降低，且易于實現，成本較低。

本發明采用的技術方案為：一種提高分布式光纖檢測空間分辨率的子帶處理方法，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，會產生后向瑞利散射信號，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n＝1,2,…N，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。