[發明專利]一種高空間分辨率下的OFDR大應變測量方法

有效

• 申請號: 202110491632.2
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113188461B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 劉兆軍;楊文晨;秦增光;徐演平;叢振華;渠帥;王澤群;李帥
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01D5/26
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 付秀穎

1.一種高空間分辨率下的OFDR大應變測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.分別采集兩次信號，一次為不包含應變信息的信號，為參考信號；另一次為包含應變信息的信號，為測試信號；

S2.將參考信號和測試信號通過快速傅里葉變化映射到距離域上，并取窗口大小C將信號劃分為N等分，其中窗口大小C決定了系統的空間分辨率；

S3.對第一份參考信號和測量信號的局部距離域信息進行快速逆傅里葉變化；

S4.對快速逆傅里葉變換后的參考信號和測量信號通過互相關計算得到一維互相關結果；

S5.重復步驟S3-S4，得到光纖每一對應位置的互相關結果，將得到的所有一維互相關結果在光纖距離上重構成二維圖像信號，在二維圖像的基礎上通過全變分去噪算法或小波去噪算法對圖像進行去噪處理；

S6.將通過去噪算法處理后的圖像重新分解到光纖的對應位置，通過尋找主峰的偏移得到對應光纖位置光譜的偏移量，從而能夠得到高空間分辨率下的大應變測量結果，提高測量的準確性。

2.根據權利要求1所述的一種高空間分辨率下的OFDR大應變測量方法，其特征在于，利用小波算法對重構的二維圖像信號進行去噪處理，具體過程為，

將信號通過小波變換后，信號產生的小波系數含有信號的重要信息，將信號經小波分解后小波系數較大，噪聲的小波系數較小，并且噪聲的小波系數要小于信號的小波系數，通過選取一個合適的閥值，大于閥值的小波系數被認為是有信號產生的，應予以保留，小于閥值的則認為是噪聲產生的，置為零，從而達到去噪的目的。

3.根據權利要求2所述的一種高空間分辨率下的OFDR大應變測量方法，其特征在于，所述小波去噪算法過程如下：

s(k)＝f(k)+u*e(k)k＝(0,1,……，n-1)

其中,f(k)為有用信號,s(k)為含噪聲信號,u為噪聲系數的標準偏差，e(k)為高斯白噪聲；有用信號表現為低頻部分或平穩信號,而噪聲信號則表現為高頻的信號,對s(k)信號進行小波分解的時候,則噪聲部分通常包含在HL、LH、HH中,對HL、LH、HH作相應的小波系數處理,然后對信號進行重構即可以達到消噪的目的，根據小波分解的第N層的低頻系數和經過量化處理后的第1層到第N層的高頻系數，進行信號的小波重構。

4.根據權利要求1所述的一種高空間分辨率下的OFDR大應變測量方法，其特征在于，利用全變分去噪算法對重構的二維圖像信號進行去噪處理，具體過程為，

二維圖像中包含噪聲的原始信號為z(α,β)；z(α,β)＝x(α,β)+y(α,β)，x(α,β)為不包含噪聲的信號，y(α,β)為具有零均值、標準差為σ的隨機噪聲；

全變分最小化方程如式如下，

式中，ε表示信號域，(α,β)∈ε；TV(x(α,β))表示全變分方程，x_α、x_β分別表示采集到二維圖像像素點的行向量和列向量。

5.根據權利要求4所述的一種高空間分辨率下的OFDR大應變測量方法，其特征在于，由于噪聲信號為具有零均值、標準差為σ的隨機噪聲，所以最小化方程受到約束，全變分最小化方程的約束條件如下，

∫_εx(α,β)dαdβ＝∫_εz(α,β)dαdβ

式中，λ表示正則化參數，一般用來刻畫函數的光滑程度，對平衡去噪有著重要作用，通過約束條件式得到一個線性和非線性的約束，從而轉化為最小值優化問題。