[发明专利]相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统精确定位方法

说明书

本发明涉及一种相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统精确定位方法，包括以下步骤：构建多个光脉冲对应的瑞利散射光数字信号矩阵并选取待测信号矩阵、确定系统空间分辨率、迭代进行“待测信号矩阵两端点相位比较‑待测信号矩阵长度与系统空间分辨率比较‑中点分割待测信号矩阵”直至满足一定条件退出本方法。本发明结合相位定位的优势和“二分法”思想，通过区间折半和迭代逼近，用极少的计算和判定，实现分布式光纤传感器中扰动源的精确定位，在保证系统空间高分辨率和稳定性的同时，提高了系统响应速度，且本方法适用于各种相干探测解调的Ф‑OTDR光纤传感系统。

技术领域

本发明涉及一种相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统精确定位方法，属于光纤传感技术应用领域。

背景技术

相位敏感光时域反射计（Phase-sensitive Optical Time DomainReflectometry，缩写为Ф-OTDR或Phase-sensitive OTDR）是一种全分布式光纤传感系统，具有抗电磁干扰、抗腐蚀、体积小、高安全性、空间分辨率高、设备铺设简单、无盲区、维护费用低等优势。光相干解调探测的引入，使得Ф-OTDR具备了更高的灵敏度和相位解调能力，近年来，相干式Ф-OTDR引起了广泛关注并投入实用。目前，Ф-OTDR已在诸多应用领域体现其巨大的价值，如在安防领域中，Ф-OTDR可作为大型重要边界线和设施（如国境线、油田油井、油气管道）的监控设施，实现对各种入侵、破坏和偷盗事件进行实时无人监测；在交通系统中，Ф-OTDR可用于监控列车运行位置和速度，监测路口车辆流量等；在电力系统中，Ф-OTDR可用于电缆和连接头的局部放电检测和电缆周界安全监控；在地质监测中，Ф-OTDR可以实现对山体滑坡、地震等地质灾害实时监测和预警；在结构安全监控中，Ф-OTDR可以实现对桥梁等大型关键建筑的结构健康实时分布式测量。

Ф-OTDR作为一种主动式探测技术，利用光纤的瑞利散射光进行分布式传感，外界环境变化信息可由背向瑞利散射光的幅度和相位来获取和恢复。在相干型Ф-OTDR系统扰动源定位中，目前普遍利用的是幅度差分方案（Tu G, Zhang X, Zhang Y, et al. TheDevelopment of an-OTDR System for Quantitative Vibration Measurement[J]. IEEEPhotonics Technology Letters, 2015, 27(12): 1349-1352.；分布式光纤传感器及信息解调方法，中国发明专利，发明人：梁可桢，潘政清，蔡海文，叶青，周俊，授权公告号：CN10262869B），而实际上，利用相位定位能够获得更高的定位信噪比（Pang F, He M, LiuH, et al. A Fading-Discrimination Method for Distributed Vibration SensorUsing Coherent Detection of ϕ-OTDR[J]. IEEE Photonics Technology Letters,2016, 28(23).）。然而，Ф-OTDR作为一种分布式传感器，其传感光纤的每一点均可作为独立的传感器，传感光纤越长，产生的传感数据越多，增加了解调的计算量，影响系统响应速度。而扰动一般稀疏分散在传感范围中，大部分传感器实际处于闲置的工作状态，因此系统无需对每一个传感器进行相同的解调，适当忽略这些闲置的传感器能够大幅加快系统定位速度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统精确定位方法，结合相位解调带来的定位优势和“二分法”的思想，在保证系统稳定性和空间分辨率的同时，减少系统运算量，提高了系统响应速度，解决了由于Ф-OTDR系统传感数据量大造成系统响应速度慢的难题，且本方案适用于各种相干探测解调的Ф-OTDR系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：