[发明专利]分布式振动传感器消除干涉衰落的振动信息定位方法

说明书

本发明公开了分布式振动传感器消除干涉衰落的振动信息定位方法，从算法上消除了干涉衰落问题，该算法通过信号的相关性定位，通过相对值的方法消除干涉衰落问题，具体流程如下：采集卡接收到一系列原始瑞利散射电信号，多条散射曲线做相关计算，多条散射曲线时域上平均，相关结果比上时域平均结果，最后确定事件位置。实验结果表明可以提高定位速度，更容易找到事件点，同时消除了干涉衰落的影响。

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，尤其涉及一种振动传感器事件定位方法及相关的数据处理。

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，Δt为发出脉冲到收到该点光信号的时间；c光速；n为光纤纤芯折射率。

φ-OTDR型光纤振动传感系统拥有结构紧凑、解调算法简单、定位精度高、信噪比高等优点。但是存在干涉衰落问题，根据φ-OTDR原理，反射回来的散射曲线是周期性的锯齿波形，意思是有的地方在波峰，信号强度很大，有的地方在波谷，信号很弱。比如同样变化3dB，信号强的波峰变化量很大，信号弱的波谷变化量很小，这种情况很可能把波谷的振动信号忽略掉。

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关解调算法，其目的在于又快又好地定位事件，同时消除干涉衰落问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供了一种分布式振动传感器消除干涉衰落的振动信息定位方法，包括以下步骤：

S1、将采集卡接收到一系列原始瑞利散射曲线信号组成一个二维矩阵S：

其中m为脉冲个数，n为采样点数，矩阵行向量表示一个脉冲的瑞利散射信号沿着光纤距离的大小，矩阵列向量表示光纤上某一点随着时间的变化；

S2、对二维矩阵S做相关运算得到矩阵R：

其中

Rij＝E[S(i:a+i,j)*S(i+b:a+i+b,j)]-E[S(i:a+i,j)]*E[S(i+b:a+i+b,j)]

a为相关算法中所取脉冲个数，b为相关取样间隔，floor是向下取整；S(i:a+i,j)表示取出矩阵S中第j列，第i行到i+a行的数据作为一个向量，E()表示对向量取平均值；

S3、一系列原始瑞利散射曲线在时域上平均后得到矩阵T：

其中

Tij＝sqrt{E[S(i:a+i,j)]*E[S(i+b:a+i+b,j)]}

Sqrt()表示开根号；

S4、计算矩阵P：

其中

Pij＝Rij/Tij；

S5、分析矩阵P的相关曲线，寻找尖峰，定位尖峰处为事件点。

本发明还提供了一种分布式振动传感器消除干涉衰落的振动信息定位处理器，包括：

二维矩阵模块，用于将采集卡接收到一系列原始瑞利散射电信号组成一个二维矩阵S：