[發明專利]具有衰落噪聲識別消除的相位解調方法及裝置

有效

• 申請號: 202111113831.6
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113852416B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 孫安;吳智深;范婷
• 申請（專利權）人: 西北大學;南京智慧基礎設施技術研究院有限公司
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王斌

本發明公開了一種具有衰落噪聲識別消除的相位解調方法及裝置，其中相位解調方法包括：通過傳感光纖產生后向瑞利散射光信號與本振光信號匯合并發生相干干涉，產生拍頻信號；獲取拍頻信號中的光電流信號；將光電流信號處理為正交的兩路信號；將上步得到的兩路信號分別分為成兩路，一路倍頻信號，一路零頻信號；根據四路信號解調出待測信息。零頻信號和倍頻信號可以對比判斷出衰落點并消除，通過雙頻同步相位解調還可有效增加信號樣本數量，有效克服累加平均降噪及測量頻率之間固有矛盾，最終實現通過算法對相位敏感型光時域反射儀系統后向散射信號的相位實時解析，并有效獲取光纖受到的外界振動等信息。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，具體是一種信號的相位解調方法。

背景技術

分布式光纖傳感技術由于體積小、結構簡單、靈敏度高、耐腐蝕耐高溫、抗電磁干擾等優點，已成為目前光纖傳感應用領域國內外的研究熱點。其中，相位敏感光時域反射計即-OTDR系統，作為一種新型分布式光纖振動及聲傳感技術，憑借結構簡單、靈敏度高、實時性好、動態范圍廣、響應速度快等特點，在長距離周界安防、油氣管線安全狀況監測、大型結構健康監測等領域發揮出十分重要的作用。

-OTDR系統利用背向瑞利散射光相位的變化來實現擾動信號的傳感，通過分析光纖中背向散射光信號的強度和相位沿時間軸的分布曲線來實現傳感光纖沿線的應變、振動等擾動信號的分布式監測，通過對相位信號分析可獲得外界振動信號頻率、強度等信息。然而，由于現有-OTDR系統基本采用窄線寬的激光光源，產生干涉衰落及偏振衰落，在衰落處信號幅度接近于零，基本淹沒在噪聲中，導致相位解調會產生較大的噪聲與誤差，直接影響-OTDR系統工作的可靠性及其對振動識別的準確性。由于衰落發生位置的隨機性導致對衰落噪聲難以直接識別，而目前常用的相位解調方法主要是基于相位生成載波、基于3×3耦合器構造的相位解調、正交解調等在內的硬件相位解調方案，均難以直接實現對衰落噪聲的識別和消除，且其技術方案較為復雜，系統價格昂貴。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種零頻正交與倍頻相干結合的相位解調方法及裝置。用于相位敏感型光時域反射儀系統相干光電信號相位解調分析和以及對衰落跳點噪聲識別，能夠實現對相位敏感型光時域反射儀系統相位數字化解調并可有效識別消除相干衰落噪聲，從而實現分布式光纖振動傳感信號實時低噪聲解析，并有效獲取光纖受到的外界振動等信息。其優點是能通過零頻和倍頻得到兩組相位數據，從而不僅可以對比判斷出衰落點并消除，還可有效增加信號樣本數量，有效克服累加平均降噪及測量頻率之間固有矛盾。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明提供一種具有衰落噪聲識別消除的相位解調方法，，包括：

步驟1、通過傳感光纖產生后向瑞利散射光信號與本振光信號匯合并發生相干干涉，產生拍頻信號；

步驟2、獲取拍頻信號中的光電流信號；

步驟3、將光電流信號處理為正交的兩路信號；

步驟4、將步驟3中得到的兩路信號分別分為成兩路，一路倍頻信號，一路零頻信號：

步驟5、根據四路信號解調出待測信息。