[發(fā)明專利]一種基于ADLASSO-SEMPSO-RBF的分布式光纖信號聽覺信息解耦方法

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• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112052629A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 王松;胡燕祝;康慧兵
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06F119/08;G06F119/14;G06F111/06
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本發(fā)明涉及基于ADLASSO?SEMPSO?RBF的分布式光纖信號聽覺信息解耦方法，是一種對分布式光纖信號進行熱力解耦的方法，屬于信號處理與機器學習領域，其特征在于采用如下步驟：(1)確定布里淵頻移隨溫度和應變變化的關系；(2)確定Lasso回歸損失函數；(3)確定MPSO優(yōu)化模型的慣性權重；(4)確定MPSO模型的學習因子；(5)確定MPSO中損失函數的迭代更新公式；(6)確定RBF神經網絡隱藏層的輸出；(7)確定隱藏層到輸出層的權重矩陣變化量；(8)確定RBF神經網絡的輸出。本發(fā)明結合ADLASSO和SEMPSO方法對分布式光纖溫度、應變信號進行了熱力解耦處理，考慮了光纖本身隨溫度變化而導致的應變和應力的變化，為分布式光纖信號的熱力解耦提供了一種有效實用的方法。

技術領域

本發(fā)明涉及信號處理與機器學習領域，主要是一種對分布式光纖信號進行熱力解耦的方法。

背景技術

分布式光纖傳感技術以光纖為感應和傳輸介質，利用光波在光纖中傳輸的特性，通過監(jiān)測光纖中光信號的波長、相位、頻率、偏振態(tài)等參量的變化，實現對光纖沿線的連續(xù)分布式感測。在全分布式光纖傳感系統(tǒng)中，光纖既作為信號傳輸介質，又是傳感單元。在應變/溫度檢測中比較成熟的技術是BOTDR技術，但是由于應力場和溫度場兩個物理場之間相互影響即熱力耦合現象會使得最終的測量結果不準確。目前，針對分布式光纖熱力耦合問題，主要是對分布式光纖傳感系統(tǒng)中的光源、光電轉換器等硬件裝置進行優(yōu)化設計，根據分布式光纖傳感的測量原理，推導融合傳感裝置的應變解調公式，從而搭建的融合傳感系統(tǒng)，實現熱力解耦的目的。該解耦方法主要的側重點是分布式光纖傳感系統(tǒng)硬件本身方面的耦合，通過對傳感系統(tǒng)的結構進行設計來達到解耦的目的，而沒有考慮光纖本身隨溫度變化而導致的應變和應力的變化。此外，也通過雙參量傳感的方式來實現溫度應變的解耦，但是該方法對于布里淵光時域分析，由于受激布里淵散射的偏振相關性，不能實現對受激散射光功率的準確檢測。

關于分布式光纖信號解耦的應用，在很多領域的發(fā)展都相對成熟。例如利用布里淵光時域反射技術對溫度和應變的分布式測量可以實現對工業(yè)建筑結構、安全生產環(huán)境的全分布式監(jiān)測。隨著分布式光纖傳感技術在地下管道、土木工程、電力通信等領域的廣泛應用，對分布式光纖信號進行熱力解耦是其應用中亟需解決的關鍵問題。因此，必須建立一種分布式光纖信號聽覺信息解耦方法，使得分布式光纖傳感技術在廣泛應用的過程中獲得更高的測量精度，從而為后續(xù)的分布式光纖信號處理分析中提供準確的測量數據。

發(fā)明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于ADLASSO-SEMPSO-RBF的分布式光纖信號聽覺信息解耦方法，其具體流程如圖1所示。

技術方案實施步驟如下：

(1)確定布里淵頻移隨溫度和應變變化的關系v_B(ε,T)：

式中，v_B表示布里淵頻移，ε表示應變，T表示溫度，k表示泊松比，E表示楊氏模量，ρ表示光纖介質的密度，n表示光纖折射率，λ₀表示泵浦光的波長。

(2)確定Lasso回歸損失函數L(C)：

保持應變ε＝0不變時，布里淵頻移和溫度關系為：

保持溫度T＝T₀不變時，布里淵頻移和應變的關系為：

對上述式子進行級數展開，分析可知布里淵頻移與溫度和應變的變化關系可表示為：

Δv_B＝C_v,TΔT+C_v,εΔε

從而確定損失函數L(C)：