[发明专利]基于分布式振动传感器振动信息定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种分布式振动传感器振动信息定位方法及系统，本发明的方法主要在空间域上做处理，保证指标不变的条件下减小数据量，具体流程如下：采集卡接收到原始相干电信号，然后做衰减补偿，空间域上平方，空间域上平均，空间域卷积，空间域上平均，时间域做差分确定事件位置。本发明不牺牲其他指标的同时可以提高定位速度，更容易找到事件点。

技术领域

本发明涉及分布式光纤瑞利散射振动传感系统技术领域，尤其涉及一种相干接收分布式光纤振动传感器事件定位方法及系统。

背景技术

分布式光纤振动传感器是近几十年来发展的一种用于实时测量空间振动信息分布的光纤传感系统。经过几十年的发展，该技术目前是比较成熟的。φ-OTDR分布式光纤振动传感系统利用瑞利散射信号，扰动位置根据OTDR原理可由下式计算：

其中，为发出脉冲到收到该点光信号的时间；光速；为光纤纤芯折射率。

φ-OTDR分布式光纤振动传感系统有两个关键指标：响应频率和空间分辨率。响应最高频率为脉冲发射频率与时域平均次数的比值再除以2。空间分辨率主要由脉冲宽度和采集卡采样速率相关，两者取最低值。

该技术通常采用相干接收来提高灵敏度，脉冲调制方法一般采用声光调制器，返回的信号与本地光进行混频，经过平衡探测器转换成电信号被采集卡采集。声光调制器的平移量在几十MHz到几百MHz，根据奈奎斯特采样定律，采集卡的采样速度要大于2倍的平移量，实际中为了获取更好的效果，一般采用3到5倍的采样速率。最终相干解调输出的数据量比其他强度直接解调方案大了10倍或更多。

目前主要解调定位方法采用了时域平均方法，或更高级的时域方差的定位算法。但是这些算法计算量大或者有所减少，在时域过多的处理必然牺牲了响应频率指标（比如在时间域做多次平均的话，响应频率就降低为平均次数分之一），甚至影响了空间分辨率指标。

发明内容

针对现有分布式振动传感器振动信息定位方法不足或改进需求，本发明提供了一种相干接收的分布式振动传感器振动信息定位的方法，其目的在于不牺牲系统关键指标条件下，减少计算量，提高实时性。

本发明为达目的所采用的技术方案是：

提供一种基于分布式振动传感器振动信息定位方法，包括以下步骤：

S1、获取基于φ-OTDR相干接收的光纤振动传感系统的原始电信号T_i，T_i表示第i个光脉冲条件下，沿着光纤距离改变的瑞利散射值的大小；

S2、计算原始电信号T_i的空间衰减补偿r_i=T_i·exp（2L·a），L为瑞利散射点的光纤长度，a为衰减常数；

S3、对空间衰减补偿后的瑞利散射信号做空间域的平方处理R_i=r_i²=[R_i1,R_i2…R_im]；

S4、对经空间域的平方处理后的每个瑞利散射信号的曲线做第一次空间域平均，平均次数为n₁，S_i=[S_i1,S_i2…S_ik]，k为数据个数与平均次数的比值，向上取整，k=ceil（m/n₁）；，其中j=1,2…k，最后数据不够的用零补齐；

S5、对第一次空间域平均的数据进行卷积处理C_i=conv（S_i，h），卷积后空间域数据大小不变，h为卷积常量；