[发明专利]螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法

权利要求书

1.螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将面向多分量振动信号的光纤螺旋缠绕在同一圆柱体上；

S2，螺旋缠绕光纤采集地震数据；

S3，确定多分量缠绕光纤信号与原始振动信号之间的坐标映射关系；

所述步骤S3具体包括：

S31，将光纤螺旋缠绕轴的方向定义为全局坐标系z轴方向，其正方向与光纤缠绕时的正方向保持一致；

S32，沿光纤每个点S都存在一个局部坐标系O-m_xl_zn_y，定义螺旋缠绕光纤各点向前的切线方向为该点局部坐标系m_x轴正方向；

S33，定义在起始点时的局部坐标系为初始局部坐标系，其m_x、l_z、n_y轴分别与全局坐标系x、y、z轴平行，各对应的坐标轴之间不存在夹角；

S34，对于第i根光纤上任意一点S，其局部坐标系与全局坐标系的变换关系为：

初始局部坐标系先从光纤初始位置绕z轴顺时针旋转θ_si与S点局部坐标系原点重合，然后再绕y轴逆时针旋转α_i角度与S点局部坐标系各坐标轴重合，根据坐标旋转理论，建立坐标变换过程的数学关系；

其中，θ_si为第i根光纤由初始点到S点旋转角度，α_i为第i根光纤螺旋角；

S4，解耦恢复真实地震波振动信号；

所述步骤S4具体包括：通过所述步骤S3得到所述坐标映射关系之后，在采用N根不同螺旋角度的光纤组合的情况下，其采用最小二乘法来求解全局坐标系中的同一高度平面上各个光纤上各点的地震波振动引起的应变平均值m，其表达公式如下：

式中：m为同一高度平面上各个光纤上各点的地震波振动引起的应变平均值；

d_N为局部坐标系下第N根光纤轴向应变；

λ为正则化参数，其中，λ0；

I为单位矩阵；

G为矩阵；

S5，真实地震波振动信号误差验证。

2.根据权利要求1所述的螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11，将光纤螺旋缠绕轴的轴向方向定义为z轴方向，径向方向分别为x、y方向，按照右手定则来确定缠绕的正方向，定义光纤切线与O-xy平面的夹角为光纤螺旋角，其角度分别为α₁、α₂、α₃……α_N；

S12，N根光纤从同一个点出发按照上述相应的角度朝负方向沿轴向前进行均匀缠绕。

3.根据权利要求1所述的螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21，通过不同的功分器和耦合器将激光脉冲信号分为N路，分别同步注入到N根光纤中；

S22，每根光纤相当于一个DAS分量系统进行单独探测，接收光纤各点反向传输回来的瑞利背向散射信号，对散射信号进行外差探测并按照数字相干算法进行解调，最终得到该位置处应变随时间的变化关系，该应变随时间的变化关系反映了真实地震波振动信号。

4.根据权利要求1所述的螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法，其特征在于，所述步骤S34中建立坐标变换过程的数学关系即为第i根缠绕光纤各点到全局坐标系O-xyz之间的坐标映射关系，其表达公式如下：