[发明专利]基于二分SVD用于分布式光纤测温系统降噪的方法

说明书

本发明公开了一种基于二分SVD用于分布式光纤测温系统降噪的方法，先获取两组原始数据构造成两个矩阵，两组原始数据为anti‑Stokes和Stokes原始数据；分别将两个矩阵进行奇异值分解并重构，形成两个降噪后的矩阵；从降噪后的矩阵中分别获得降噪的数据，并融合两组数据计算温度测量结果、最大偏差、均方根误差和平滑度，计算结果质量系数；再经过多次迭代的二分奇异值分解，获取每次迭代后降噪信号解调结果的结果质量系数；找到最佳迭代次数，将最佳迭代次数对应的降噪数据作最佳信号。本发明提供的降噪方法有效地提高了原始采集信号的信噪比，且减小了温度测量的最大偏差和均方根误差，并提高了温度曲线的平滑程度。

技术领域

本发明涉及一种测温系统降噪方法，尤其涉及一种基于二分SVD用于分布式光纤测温系统降噪的方法。

背景技术

随着光纤传感技术的快速发展，因其抗电磁干扰和分布式连续测量的特性，分布式光纤测温系统已经广泛应用于电网、矿井以及核环境等一些特定的、恶劣的环境下的安全监测。然而，系统的随机噪声增大测量误差是分布式光纤测温系统一直存在的亟待解决的问题。为了减小随机噪声对测量结果的影响，研究人员分别采用改进系统硬件和运用数字信号处理算法提高系统的信噪比。其中，采用改进系统硬件的方法虽然能够有效地抑制系统随机噪声，但实现难度大且成本昂贵，不适合大范围的实际应用。而采用数据信号处理算法能够在不改进系统硬件的情况下有效地降低系统随机噪声成分。但是，目前应用于分布式光纤测温系统的降噪算法实现过程复杂、计算时间长，不易于实际应用。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，能有效地提高了原始采集信号的信噪比，减小温度测量的最大偏差和均方根误差，提高了温度曲线的平滑程度的基于二分SVD用于分布式光纤测温系统降噪的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于二分SVD用于分布式光纤测温系统降噪的方法，包括以下步骤：

(1)采集光纤测温系统中的anti-Stokes信号和Stokes信号，获取anti-Stokes原始数据和Stokes原始数据，分别构造成一个2╳(L-1)维的Hankel矩阵，所述L为原始数据的长度；

(2)分别将两个Hankel矩阵进行奇异值分解并重构，形成两个降噪后的矩阵；

(21)将Hankel矩阵进行奇异值分解为左奇异矩阵、奇异值对角矩阵和右奇异矩阵；

(22)将奇异值对角矩阵的第一个奇异值保留，其它奇异值置0，形成新的奇异值对角矩阵；

(23)将左奇异矩阵、右奇异矩阵和新的奇异值对角矩阵重构形成新的矩阵，标记为降噪后的矩阵；

(3)从两个降噪后的矩阵中，重新获取anti-Stokes数据和Stokes数据，标记为anti-Stokes降噪数据和Stokes降噪数据；

(4)根据anti-Stokes降噪数据和Stokes降噪数据，获取温度测量结果；

(5)根据温度测量结果，计算温度测量结果的三项指标，所述三项指标为最大偏差、均方根误差和平滑度；

(6)重复步骤(2)—(5)，直到当前迭代次数下的三项指标均大于以往迭代次数下的三项指标，此时的迭代次数为最大迭代次数n，停止重复；

(7)将每次迭代得到的三项指标进行排序，得到第j次迭代时，最大偏差的大小在n次迭代中按从大到小顺序排列的位次h(0＜h≤n)、均方根误差的大小在n次迭代中按从大到小顺序排列的位次k(0＜k≤n)、平滑度的大小在n次迭代中按从大到小顺序排列的位次w(0＜w≤n)，其中j为正整数，且0＜j≤n