[发明专利]一种布里渊散射信号处理方法及其分布式光纤传感系统

说明书

本发明涉及智能传感技术领域，具体公开了一种布里渊散射信号处理方法及其分布式光纤传感系统。由传感光纤、激光信号源、环形器、探测脉冲光路调制模块、移频参考光路调制模块、相干探测单元以及数据采集处理模块组成分布式光纤传感系统，可以精确的获得布里渊频移的相对变化量，获得后向布里渊散射谱，得到完整的布里渊散射谱。首先建立探测到的布里渊散射信号谱模型，然后使用一种数值优化的快速迭代算法对布里渊散射谱进行特征提取，该信号处理方法把每次扫频测量得到的散射信号频谱进行拟合，准确获取沿光纤分布的温度或应力的传感信息。解算方法具有很强的全局搜索能力，大大缩短了算法作用时间，能有效提高系统测量精度和实时性。

技术领域

本发明属于智能传感技术领域，具体涉及一种布里渊散射信号频谱拟合的信号处理方法及系统。

背景技术

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术具有测量精度高、空间分辨率高，可实时在线测量温度、应变信息等特点，将其应用于飞行器健康状态监测，可有效对飞行器健康状况进行评估，从而提高飞行器运行的安全性、可靠性。在此类分布式光纤传感系统中，布里渊散射光信号沿光纤的不同位置上具有随机偏振态，而且散射信号受光纤中非线性效应等影响，致使光信号掺杂着大量的噪声，因此，光电探测器输出的光电流信号是一个强度小、宽带的幅度调制信号，而且包含大量的相位噪声和幅度噪声。要提取出真实的布里渊散射信号，需对调制信号进行解调，同时要对噪声进行滤波。因此，对布里渊散射信号的解析处理是分布式光纤传感技术的关键。

目前，常用的信号处理方法有叠加平均算法、低通滤波去噪法、基于小波的包络解调算法等。其中，叠加平均算法利用信号的时间相关性和噪声的非相关性特点，将被测信号不断取样累加以及取平均值，最后周期性的信号就得到了加强，而噪声就在多次平均后趋向于零，从而实现信噪比的提高，然而这种算法对信号提取的好坏依赖于叠加平均的次数，次数越多信噪比越好，算法实时性较差；低通滤波去噪法可利用软件设计虚拟滤波器实现，虽然可以滤除布里渊增益谱宽度以外的高频噪声，但通过对去噪信号和原始信号的对比可知，经低通滤波后，布里渊散射信号强度也会呈指数衰减变化，这就加大了后级信号采样的难度；基于小波的包络解调算法能够实现信号的去噪和特征提取，但处理效果的好坏与小波函数的选择有关，且不能兼顾频域和时域的高分辨率。

发明内容

本发明的目的是提供一种布里渊散射信号处理方法及其分布式光纤传感系统，能够有效检测布里渊信号，实现信号特征提取，获得沿光纤分布的温度、应力等传感信息，且算法作用时间短，适用于实际应用中的实时测量。

本发明的技术方案如下：

一种基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，它包括传感光纤、激光信号源、环形器、探测脉冲光路调制模块、移频参考光路调制模块、相干探测单元以及数据采集处理模块，激光源连接探测脉冲光路调制模块和移频参考光路调制模块的输入端，分别传输光学激励信号。探测脉冲光路调制模块的输出端连接环形器的一个输入端，移频参考光路调制模块的输出端连接相干探测单元的一个输入端。同时，传感光纤连接环形器的另一个输入端，环形器的输出端连接相干探测单元的另一个输入端。相干探测单元的输出端连接数据采集处理模块，数据采集处理模块的输出端反馈连接到移频参考光路调制模块；

传感光纤用于探测敏感温度和应变等外界环境的变化，并传输光信号；

激光信号源为探测脉冲光路调制模块和移频参考光路调制模块分别提供光学激励信号；

探测光路是将连续光信号调制成脉冲光；

移频光路是将连续光信号进行移频，调制成本地参考光；

相干探测单元是将光信号转换为电信号并降低信号中心频率，以便于后级采集处理；

数据采集处理模块实现信号的放大滤波、数据采集及识别提取处理。

一种布里渊散射信号处理方法，该包括如下步骤：