CN104296673A - 一种布里渊谱信号质量提升方法 - Google Patents

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闫继送
张志辉
闫宝东
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Abstract

本发明提供一种布里渊谱信号质量提升方法，根据测试参数生成参考布里渊谱数据，并使用互相关算法利用参考布里渊谱数据从信噪比较低的测试布里渊谱数据中准确识别布里渊谱信号，可以提升布里渊谱信号识别能力以及应变计算精度，大大提高了BOTDR产品在长距离光纤以及恶劣施工环境下的应用。采用上述方案，大大降低了对布里渊谱信号的信噪比要求；提升了测试距离；提升了应变测试结果稳定性；无需改动硬件，改进成本低。

Description

一种布里渊谱信号质量提升方法
技术领域
本发明属于布里渊谱信号质量技术领域，尤其涉及的是一种布里渊谱信号质量提升方法。
背景技术
布里渊光时域反射计(BOTDR)依靠测量光纤中后向布里渊散射光的布里渊频移分布计算光纤的应变分布，脉冲光以一定的频率自光纤一端入射，入射的脉冲光与光纤中的声子发生相互作用后产生布里渊散射，后向布里渊散射光沿光纤原路返回到入射端。由于光纤中布里渊散射光频移与光纤轴向应变和温度间存在线性关系，因此测量出光纤的布里渊散射频移分布即可计算出光纤中的应变分布。布里渊光时域反射计具有低能源依赖性、高环境耐受性、抗电磁干扰、抗腐蚀、防水、抗潮湿、温度适应性强等特性，并且由于可以单端测量，施工难度较低而广受关注。布里渊光时域反射计可用于岩土工程健康监测、地质灾害预警监测、电缆及管道的健康监测等领域，是工程领域用于取代传统点式传感器的最有力的产品之一。
传统BOTDR产品对布里渊谱数据进行直接拟合计算，得到应变分布数据，但是在光纤距离较长、布里渊信号较弱的情况下，测试得到的布里渊谱数据信噪比非常低，传统的直接拟合算法无法从噪声中准确识别布里渊谱信号，导致直接拟合得到的应变分布结果误差极大，无法使用，大大影响了BOTDR产品在长距离光纤以及恶劣施工环境下的应用。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种布里渊谱信号质量提升方法。
本发明的技术方案如下：
一种布里渊谱信号质量提升方法，其中，包括以下步骤：
步骤101：获取测试布里渊谱数据D；
步骤102：获取测试参数P，包括脉冲宽度PW、频率间隔FI、无应变中心频率CF0和应变系数CS；
步骤103：根据测试参数P中的脉冲宽度PW和频率间隔FI依照洛伦兹函数或高斯函数形式生成参考布里渊谱数据DR；
步骤104：将测试布里渊谱数据D与布里渊谱数据DR进行互相关运算；
步骤105：互相关运算结果为相关布里渊谱数据DC；
步骤106：对布里渊谱数据DC进行洛伦兹拟合或高斯拟合，得到中心频率CF；
步骤107：利用中心频率CF，计算应变数据S；
步骤108：输出应变数据S。
所述的布里渊谱信号质量提升方法，其中，所述步骤101中，所述测试布里渊谱数据D为仪器测试得到的布里渊谱数据。
所述的布里渊谱信号质量提升方法，其中，所述步骤102中，所述测试参数P为仪器测试环境中读取的测试参数。
所述的布里渊谱信号质量提升方法，其中，所述步骤103中，生成的参考布里渊谱数据DR的3dB带宽由频率间隔FI确定，生成的参考布里渊谱数据DR的中心频率为无应变中心频率CF0；生成的参考布里渊谱数据DR的峰值功率与测试布里渊谱数据D的峰值功率相同。
所述的布里渊谱信号质量提升方法，其中，所述频率间隔FI确定为N*FI，其中，N为大于1的整数。
所述的BOTDR空间分辨率提升方法,其中,所述步骤107中,应变数据S的计算公式为：S＝(CF-CF0)*CS。
采用上述方案，大大降低了对布里渊谱信号的信噪比要求；提升了测试距离；提升了应变测试结果稳定性；无需改动硬件，改进成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种布里渊谱信号质量提升方法，其中，包括以下步骤：
步骤101：获取测试布里渊谱数据D；
步骤102：获取测试参数P，包括脉冲宽度PW、频率间隔FI、无应变中心频率CF0和应变系数CS；
步骤103：根据测试参数P中的脉冲宽度PW和频率间隔FI依照洛伦兹函数或高斯函数形式生成参考布里渊谱数据DR；
步骤104：将测试布里渊谱数据D与布里渊谱数据DR进行互相关运算；
步骤105：互相关运算结果为相关布里渊谱数据DC；
步骤106：对布里渊谱数据DC进行洛伦兹拟合或高斯拟合，得到中心频率CF；
步骤107：利用中心频率CF，计算应变数据S；
步骤108：输出应变数据S。
所述步骤101中，所述测试布里渊谱数据D为仪器测试得到的布里渊谱数据。
所述步骤102中，所述测试参数P为仪器测试环境中读取的测试参数。
所述步骤103中，生成的参考布里渊谱数据DR的3dB带宽由频率间隔FI确定，生成的参考布里渊谱数据DR的中心频率为无应变中心频率CF0；生成的参考布里渊谱数据DR的峰值功率与测试布里渊谱数据D的峰值功率相同。
所述频率间隔FI确定为N*FI，其中，N为大于1的整数。
所述步骤107中,应变数据S的计算公式为：S＝(CF-CF0)*CS。
本发明提供一种布里渊谱信号质量提升方法，根据测试参数生成参考布里渊谱数据，并使用互相关算法利用参考布里渊谱数据从信噪比较低的测试布里渊谱数据中准确识别布里渊谱信号，可以提升布里渊谱信号识别能力以及应变计算精度，大大提高了BOTDR产品在长距离光纤以及恶劣施工环境下的应用。采用上述方案，大大降低了对布里渊谱信号的信噪比要求；提升了测试距离；提升了应变测试结果稳定性；无需改动硬件，改进成本低。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种布里渊谱信号质量提升方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101：获取测试布里渊谱数据D；
步骤102：获取测试参数P，包括脉冲宽度PW、频率间隔FI、无应变中心频率CF0和应变系数CS；
步骤103：根据测试参数P中的脉冲宽度PW和频率间隔FI依照洛伦兹函数或高斯函数形式生成参考布里渊谱数据DR；
步骤104：将测试布里渊谱数据D与布里渊谱数据DR进行互相关运算；
步骤105：互相关运算结果为相关布里渊谱数据DC；
步骤106：对布里渊谱数据DC进行洛伦兹拟合或高斯拟合，得到中心频率CF；
步骤107：利用中心频率CF，计算应变数据S；
步骤108：输出应变数据S。
2.如权利要求1所述的布里渊谱信号质量提升方法，其特征在于，所述步骤101中，所述测试布里渊谱数据D为仪器测试得到的布里渊谱数据。
3.如权利要求1所述的布里渊谱信号质量提升方法，其特征在于，所述步骤102中，所述测试参数P为仪器测试环境中读取的测试参数。
4.如权利要求1所述的布里渊谱信号质量提升方法，其特征在于，所述步骤103中，生成的参考布里渊谱数据DR的3dB带宽由频率间隔FI确定，生成的参考布里渊谱数据DR的中心频率为无应变中心频率CF0；生成的参考布里渊谱数据DR的峰值功率与测试布里渊谱数据D的峰值功率相同。
5.如权利要求1所述的布里渊谱信号质量提升方法，其特征在于，所述频率间隔FI确定为N＊FI，其中，N为大于1的整数。
6.如权利要求1所述的BOTDR空间分辨率提升方法,其特征在于,所述步骤107中,应变数据S的计算公式为：S＝(CF-CF0)＊CS。
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