[发明专利]一种保偏光纤分布式偏振耦合检测弱耦合点提取方法

说明书

本发明公开了一种用于保偏光纤分布式偏振耦合检测弱耦合点提取方法，步骤1：对作为输入信号的保偏光纤分布式偏振耦合检测信号做傅里叶变换；步骤2：对作为输入信号的分布式偏振耦合检测信号做变分模态分解，将输出K个本征模分别为u₁、u₂、…、u_i、…u_K，对输出的本征模分别做傅里叶变换，观察频谱；步骤3：从分解的本征模中，剔除噪声信号，重构输入信号；步骤4：计算重构信号的耦合强度；步骤5：通过耦合强度图判断是否有弱耦合点出现，直到在耦合强度计算图中出现弱耦合点。本发明能够提高偏振耦合检测原始信号的信噪比，达到降噪的目的，极大有助于提高测量精度。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域和光学干涉信号数据处理技术领域，特别涉及一种基于白光干涉法的保偏光纤分布式偏振耦合检测弱耦合点的提取方法。

背景技术

保偏光纤是一种特殊的单模光纤，能够保持沿其某一主轴传播的线偏振光的偏振态不发生变化，其广泛应用于温度测量、应力测量、光纤陀螺等领域。

由于保偏光纤结构的不完善和外部的扰动，会产生偏振耦合现象。即在扰动点处，光能量耦合到与其传播主轴正交的另一个主轴上，会降低保偏光纤的偏振保持能力，从而影响测量系统的性能。

白光的光谱范围广、连续、相干长度短，只有光程差很小时，才会发生干涉。当光程差为零时，白光光谱内各个谱线双光束完全重合，各种波长光重叠，形成对比度最大的中央零级条纹，即最佳干涉位置，通过干涉现象实现对被测参量的测量。

常用的白光干涉仪有空间光迈克尔逊干涉仪和光纤式迈克尔逊干涉仪。通过迈克尔逊干涉仪的扫描臂扫描补偿光程差，实现对保偏光纤偏振耦合量的测量。扫描臂在扫描的过程中引入振动扰动，与外界的其他扰动一起，增大系统的本底噪声。一些弱耦合点淹没在系统的本底噪声中，使得保偏光纤偏振耦合的细节信息不能被获取。因此从本底噪声中提取弱耦合点，对于保偏光纤特征参数的高精度测量，具有十分重要的意义。

当前，已有若干种方法提出可实现对光学信号进行去噪，以提高被测参数的测量精度。如：公开号为CN102095538A的中国发明专利“保偏光纤应力传感的数据解调方法”，指出将采集到的光电压数据通过平均算法进行预处理，然后通过经验模态将光电压数据信号分解为多个本征模函数和一个余量；找出基底分量，实现对小耦合点的识别；又如申请号为201611096167.8的中国发明专利“一种周界预警光纤振动信号采集与去噪的方法”通过小波阈值去噪的方法对光纤振动信号进行去噪，消除其携带的冗余噪声信息，从而实现信号的特征提取与分类识别。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于保偏光纤分布式偏振耦合检测弱耦合点提取方法，通过变分模态分解将原始信号分解为若干个本征模，并提出噪声模态、选取有用模态进行信号重构，然后计算耦合强度，达到降噪的目的，实现对淹没在本底噪声中的弱耦合点进行提取。

本发明的一种用于保偏光纤分布式偏振耦合检测弱耦合点提取方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：对作为输入信号的保偏光纤分布式偏振耦合检测信号做傅里叶变换，基于输入信号频谱预估其模态个数K，并将保真度系数α设置为2000；

步骤2：对作为输入信号的分布式偏振耦合检测信号做变分模态分解，将输出K个本征模分别为u₁、u₂、…、u_i、…u_K，i表示本征模的序列号，其初始值设为2；对输出的本征模分别作傅里叶变换，观察频谱；

步骤3：从分解的本征模中，剔除噪声信号，重构输入信号，重构过程如下：

重构信号的公式为：

其中，u_i表示第i个本征模；