CN108225418A - 一种信息检测方法、装置、电子设备以及存储介质 - Google Patents

一种信息检测方法、装置、电子设备以及存储介质 Download PDF

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CN108225418A CN201711435908.5A CN201711435908A CN108225418A CN 108225418 A CN108225418 A CN 108225418A CN 201711435908 A CN201711435908 A CN 201711435908A CN 108225418 A CN108225418 A CN 108225418A
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Abstract

本发明实施例提供了一种信息检测方法、装置、电子设备以及存储介质，其中，所述信息检测方法包括：通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号；将预先构建的稀疏洛伦兹函数与所述第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定所述待检测目标信息，其中，所述待检测目标信息包括温度或应力。本发明实施例实现了提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，进而达到准确的测量温度或应力。

Description

一种信息检测方法、装置、电子设备以及存储介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种信息检测方法、装置、电子设备以及存储介质。
背景技术
基于布里渊散射的分布式光纤传感技术具有高分辨率、高精度和更长传感距离等优点，并能实现温度和应力的测量，具有广阔的市场应用前景。在布里渊散射的分布式系统中，一束脉冲泵浦光和一束连续探测光相互影响，当两束光的频率差在传感光纤的布里渊增益谱内时，两束光之间发生能量转移，在该区域发生受激布里渊散射效应，产生布里渊散射信号。在光纤的各种散射效应中，布里渊散射信号是功率比较小的弱信号，且易受到外界环境带来的噪声影响，故需要利用微弱信号检测技术，从含有噪声系统的数据中准确的得到布里渊频移，进而通过布里渊频移与温度、压力的线性关系，实现温度及应力的测量。
现有技术在含有噪声系统的数据中得到布里渊频移所采用的方法为累加平均算法。具体为采用累加平均算法的数据处理方式来抑制含有噪声系统的信号中噪声分量，从而提高布里渊散射信号提取的精确度，得到布里渊频移以及温度及应力的测量。
然而，累加平均算法耗时长，在温度快速变化的光纤检测系统中使用易受限制，导致检测的温度及应力存在误差。因此，如何提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，达到准确的测量温度及应力是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种信息检测方法、装置、电子设备以及存储介质，以实现提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，进而达到准确的测量温度或应力。具体技术方案如下：
为实现上述发明目的，本发明实施例公开了一种信息检测方法，包括：
通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；
通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号；
将预先构建的稀疏洛伦兹函数与所述第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；
通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定所述待检测目标信息，其中，所述待检测目标信息包括温度或应力。
可选地，在所述通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号之前，所述方法还包括：
确定小波变换函数，其中，所述小波变换函数为
所述j、k表示布里渊散射信号不同离散点上的取值，t表示时间，ψ表示由j、k坐标决定的位置对应的小波函数；
相应的，所述通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号，包括：
通过所述小波变换函数，对接收的布里渊散射信号进行分解，得到各分解信号；
对所述各分解信号进行消噪处理；
重组消噪处理后的所述各分解信号的信号分量，得到所述第一信号。
可选地，在所述通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号之前，所述方法还包括：
确定高斯滤波函数，其中，所述高斯滤波函数为
σ2表示高斯函数的方差，t表示时间，e表示无理数；
相应地，所述通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号，包括：
通过含有所述高斯滤波函数的线性平滑滤波器，对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号。
可选地，在所述将预先构建的稀疏洛伦兹函数与所述第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息之前，所述方法还包括：
通过对等分频率区间的洛伦兹函数设置预设约束函数，得到预设区间非等分，且沿所述频率区间对称的稀疏洛伦兹函数。
可选地，所述通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定所述待检测目标信息，包括：
当所述待检测目标信息为温度时，通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制所述函数关系中的应力为零，计算所述布里渊频移信息对应的温度；或
当所述待检测目标信息为应力时，通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制所述函数关系中的温度为零，计算所述布里渊频移信息对应的应力。
为实现上述发明目的，本发明实施例还公开了一种信息检测装置，包括：
第一信号确定模块，用于通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；
第二信号确定模块，用于通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号；
频移信息确定模块，用于将预先构建的稀疏洛伦兹函数与所述第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；
目标信息确定模块，用于通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定所述待检测目标信息，其中，所述待检测目标信息包括温度或应力。
可选地，所述装置还包括：
第一函数确定模块，用于确定小波变换函数，其中，所述小波变换函数为
所述j、k表示布里渊散射信号不同离散点上的取值，t表示时间，ψ表示由j、k坐标决定的位置对应的小波函数；
相应的，所述第一信号确定模块，具体用于通过所述小波变换函数，对接收的布里渊散射信号进行分解，得到各分解信号；对所述各分解信号进行消噪处理；重组消噪处理后的所述各分解信号的信号分量，得到所述第一信号。
可选地，所述装置还包括：
第二函数确定模块，用于确定高斯滤波函数，其中，所述高斯滤波函数为
σ2表示高斯函数的方差，t表示时间，e表示无理数；
相应地，所述第二信号确定模块，具体用于通过含有所述高斯滤波函数的线性平滑滤波器，对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号。
可选地，所述装置还包括：
第三函数确定模块，用于通过对等分频率区间的洛伦兹函数设置预设约束函数，得到预设区间非等分，且沿所述频率区间对称的稀疏洛伦兹函数。
可选地，所述目标信息确定模块，具体用于当所述待检测目标信息为温度时，通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制所述函数关系中的应力为零，计算所述布里渊频移信息对应的温度；或当所述待检测目标信息为应力时，通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制所述函数关系中的温度为零，计算所述布里渊频移信息对应的应力。
为实现上述发明目的，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现本发明实施例的信息检测方法的任一所述的方法步骤。
为实现上述发明目的，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例的信息检测方法的任一所述的方法步骤。
为实现上述发明目的，本发明实施例还公开了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述信息检测方法的任一所述的方法步骤。
本发明实施例提供的一种信息检测方法、装置、电子设备以及存储介质，实现了提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，进而达到准确的测量温度或应力。具体为，本发明实施例通过将接收到的沿光纤各点分布的布里渊散射信号作为处理对象，经过第一次小波变换滤波与第二次高斯平滑滤波，对含有起伏背景噪声的信号两次滤波处理，有效的抑制了起伏波动的背景噪声，提高了信号的信噪比。另外，通过预先构建的稀疏洛伦兹函数与滤波处理后得到的信息进行互相关卷积运算，进而得到更加真实的布里渊频移信息，有效的提高信号频移的正确率。最后，本发明实施例通过布里渊频移信息与待检测目标信息(温度及应力)的函数关系，进而达到准确的测量温度或应力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种信息检测方法流程图；
图2为本发明实施例的一种信息检测方法中产生布里渊散射信号的BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis，布里渊光时域分析技术)系统图；
图3为本发明实施例的一种信息检测方法中接收的布里渊散射信号分布图；
图4为本发明实施例的一种信息检测方法中小波变换分解以及滤波处理方法流程图；
图5为本发明实施例的一种信息检测方法中小波变换分解以及滤波处理后得到的第一信号的结果图；
图6为本发明实施例的一种信息检测方法中高斯滤波处理后得到的第二信号的结果图；
图7为本发明实施例的一种信息检测方法的稀疏洛伦兹函数分布图；
图8为本发明实施例的一种信息检测方法中第二信号与稀疏洛伦兹函数互相关卷积运算所得的布里渊频移信息分布图；
图9为本发明实施例的一种信息检测方法得到的温度分布图；
图10为本发明实施例的一种信息检测装置结构示意图；
图11为本发明实施例的一种电子设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的第一方面公开了一种信息检测方法，如图1所示。图1为本发明实施例的一种信息检测方法流程图，包括：
S101，通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号。
分布式光纤传感技术拥有质量轻、体积小、寿命长、维修简单和不受电磁干扰等优点。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的研究相比于已实用化的基于拉曼、瑞利光纤传感技术起步较晚，由于其拥有高分辨率、高精度和更长传感距离等优点，且能实现温度和应变的同时测量，具有广阔的市场应用前景。其中，基于受激布里渊散射效应的BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis，布里渊光时域分析技术)，被广泛应用于分布式的温度和压力的测量当中。
在BOTDA系统中，一束脉冲泵浦光和一束连续探测光相互影响，当两束光的频率差在传感光纤的布里渊增益谱内时，两束光之间发生能量转移，在该区域发生受激布里渊散射效应，产生布里渊散射信号。布里渊频移信息与温度、应力存在线性关系，通过对两束光的频差进行连续调节，检测从光纤一端耦合出来的携带受激布里渊散射信号的探测光，就可以确定传感光纤上各小区域的布里渊频移信息，根据布里渊频移信息与温度、应变之间的线性关系，得到传感光纤上温度、或应变的分布。
然而，在光纤各种散射效应中，布里渊散射信号是功率比较小的弱信号，且易受到外界环境带来的噪声影响。因此，微弱信号检测技术是光纤检测系统的关键技术，只有将微弱信号从含有噪声系统的数据中准确分离出来，进而得到的布里渊频移信息才能获得高精度、高灵敏度的温度及应力测量。为了加强分布式光纤检测系统的性能，现有技术中采用累加平均算法来抑制信号中的噪声分量。然而，累加平均算法耗时长，在温度快速变化的光纤检测系统中使用易受限制，导致检测的温度及应力存在误差。
因此，分布式传感系统中，对传感信号中的背景噪声的处理与真实环境信号的提取，是准确检测与识别的前提，也是制约其在实际应用中发挥作用的关键因素。
本发明实施例的信息检测方法，通过对接收到的沿光纤各点分布的布里渊散射信号作为处理对象，通过两次滤波处理，进而得到更加真实的去噪布里渊散射信号。以及通过对布里渊频移信息做互相关卷积运算，得到布里渊频移信息，最终获得高精度、高灵敏度的温度及应力测量。
本步骤为对接收到的沿光纤各点分布的布里渊散射信号进行两次滤波处理的第一步滤波处理。可采用小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号。
小波变换继承和发展了短时傅立叶变换局部化的思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点，能够提供一个随频率改变的"时间-频率"窗口。通过变换能够能对时间(空间)频率的局部化分析，通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了Fourier变换的困难问题。
本发明实施例通过小波变换的思想，对接收的布里渊散射信号进行分离以及对分离后各子信息中对起伏的噪声滤波处理，抑制各子信息中的噪声分量，进而将滤波处理后的各子信号重构成受激布里渊散射信号，进而得到本发明实施例的第一信号。
S102，通过高斯滤波对第一信号进行滤波处理，得到第二信号。
上述在得到第一次滤波处理重组的第一信号后，在本步骤中进行第二次滤波处理。在本发明实施例中可采用高斯滤波对上述得到的第一信号进行滤波处理。
高斯滤波(高斯平滑)是一种图像处理技术，计算机视觉里面最常见的操作，是一种线性平滑滤波，适用于消除高斯噪声。通俗的讲，高斯滤波就是对整幅图像进行加权平均的过程，每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到。高斯滤波的具体操作是:用一个模板(或称卷积、掩模)扫描图像中的每一个像素，用模板确定的邻域内像素的加权平均灰度值去替代模板中心像素点的值。
在图像处理中，高斯滤波一般有两种实现方式，一是用离散化窗口滑窗卷积，另一种通过傅里叶变换。最常见的就是第一种滑窗实现，只有当离散化的窗口非常大，用滑窗计算量非常大(即使用可分离滤波器的实现)的情况下，可能会考虑基于傅里叶变化的实现方法。
在本步骤中，将上述得到的第一信号，采用高斯滤波的原理以及上述高斯滤波的方式，对第一信号进行滤波处理，得到第二信号。
S103，将预先构建的稀疏洛伦兹函数与第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息。
上述在对布里渊散射信号进行两次滤波，得到第二信号后，将得到的第二信号与预先构建的稀疏洛伦兹函数进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息。
本发明实施例的稀疏洛伦兹函数为，对等分频率区间的初始洛伦兹函数设置预设约束函数，得到预设区间非等分且沿频率区间对称的函数。
在泛函分析中，卷积、旋积或摺积是通过两个函数f和g生成第三个函数的一种数学算法，表征函数f与g经过翻转和平移的重叠部分的面积。如果将参加卷积的一个函数看作区间的指示函数，卷积还可以被看作是"滑动平均"的推广。
在上述得到第二信号与稀疏洛伦兹函数后，将第二信号与稀疏洛伦兹函数做卷积运算，进而得到布里渊频移信息。
S104，通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定待检测目标信息，其中，待检测目标信息包括温度或应力。
上述在得到布里渊频移信息后，通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，进而得到待检测的温度或者应力信息。
本发明实施例提供的一种信息检测方法，实现了提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，进而达到准确的测量温度或应力。具体为，本发明实施例通过将接收到的沿光纤各点分布的布里渊散射信号作为处理对象，经过第一次小波变换滤波与第二次高斯平滑滤波，对含有起伏背景噪声的信号两次滤波处理，有效的抑制了起伏波动的背景噪声，提高了信号的信噪比。另外，通过预先构建的稀疏洛伦兹函数与滤波处理后得到的信息进行互相关卷积运算，进而得到更加真实的布里渊频移信息，有效的提高信号频移的正确率。最后，本发明实施例通过布里渊频移信息与待检测目标信息(温度及应力)的函数关系，进而达到准确的测量温度或应力。
本发明实施例的信息检测方法中处理的布里渊散射信号可由图2所示的BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis，布里渊光时域分析技术)系统图产生。
BOTDA系统由三个部分组成：探测光支路、泵浦光支路以及信号解调部分。图2为简单的BOTDA系统框图，由可调谐激光源1、耦合器2、偏振控制器3、马赫增德尔调制器4、掺铒光纤放大器5、隔离器6、待测光纤7、环形器8、扰偏器9、马赫增德尔调制器10、偏振控制器11、掺铒光纤放大器12、微波源13、波形发生器14、带通滤波器15、探测器16、示波器17组成。
其中，可调谐激光源1与耦合器2相连，把激光分成两束，耦合器2与偏振控制器3相连，偏振控制器3与马赫增德尔调制器4相连，马赫增德尔调制器4与微波源13相连，微波源13用来驱动马赫增德尔调制器，将光信号调制成探测光。马赫增德尔调制器4与掺铒光纤放大器5相连，掺铒光纤放大器5与隔离器6相连，隔离器6与待测光纤7相连；耦合器2的另一端与掺铒光纤放大器12相连，掺铒光纤放大器12与偏振控制器11相连，偏振控制器11与马赫增德尔调制器10相连，用来克服调制器的偏振相关性。
马赫增德尔调制器10与波形发生器14相连，波形发生器14用来驱动马赫增德尔调制器10，将光信号调制成脉冲光，马赫增德尔调制器10与扰偏器9相连，扰偏器9与环形器8的1端口相连。环形器8的2端口连接待测光纤7，环形器8的3端口连接带通滤波器15，带通滤波器15与探测器16相连，探测器16与示波器17相连。
在本发明实施例中，BOTDA传感系统使用的待测光纤为普通单模光纤，光纤长度为24.4km，光纤初始端100m放置在60℃水浴锅中，室温温度为30℃。本发明实施例中待测光纤所受应力为0.，经调制后的脉冲光周期为500us，脉宽为300ns，对应30m的空间分辨率，微波源扫频范围为10.79-10.88Ghz。根据应用需求，将采集到的数据做1000次平均。
通过图2所示的BOTDA传感系统以及上述参数的设定，可产生图3所示的布里渊散射信号。图3中横坐标表示频率，纵坐标表示归一化后的布里渊增益，在BOTDA系统中，一束脉冲泵浦光和一束连续探测光相互影响，当两束光的频率差在传感光纤的布里渊增益谱内时，两束光之间发生能量转移，在该区域发生受激布里渊散射效应，进而产生布里渊散射信号。检测从光纤一端耦合出来的携带受激布里渊散射信号的探测光，就可以确定传感光纤上各小区域的布里渊频移信息。
可选地，在本发明实施例的信息检测方法的一种实施例中，在通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号之前，方法还包括：
步骤一，确定小波变换函数，其中，小波变换函数为
j、k表示布里渊散射信号不同离散点上的取值，t表示时间，ψ表示由j、k坐标决定的位置对应的小波函数；
本发明实施例为小波变换滤波的实施方法，在本步骤中，首先确定对接收的信号进行滤波处理的小波变换函数。
具体地，可通过数学软件工具matlab得到一维离散小波函数为：
相应的，通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号，包括：
步骤二，通过小波变换函数，对接收的布里渊散射信号进行分解，得到各分解信号；
在上述确定了小波函数后，利用该小波函数对接收的信息进行变换以及分解处理。可有如图4所示的小波变换分解以及滤波处理方法流程图。
具体地，沿光纤分布的布里渊散射信号由BOTDA系统扫频并接收获得，设接收到的沿光纤分布的时域信号为f(t)＝s(t)+n(t)，其中，s(t)为布里渊散射信号，n(t)为噪声信号。
(1)利用上述一维离散小波函数对接收的时域信号f(t)做小波变换，进而将接收的时域信号f(t)进行层次分解，分解为N层，每层分解为信号分量以及噪声分量，分解的N层信号可表示为W(j,k)，则有如下公式：
步骤三，对各分解信号进行消噪处理；
小波变换是线性的过程。在变换的过程中，原始信号s(t)和噪声信号n(t)都经过变换。经变换后，原始信号对应的小波分量包含信号的重要信息，其数目小但幅值大。噪声对应的小波分量数目多但幅值小。因此，需要对上述变换分解之后的信号做消噪处理滤波处理，抑制噪声信号对应的小波分量，使其趋近于0。
(2)对每层中的噪声分量削弱，以及对每层的信号分量放大。本步骤中可选择软阈值，对每层进行阈值操作，即为通过阈值对每一层的噪声分量削弱，以及对每层的信号分量放大。
步骤四，重组消噪处理后的各分解信号的信号分量，得到第一信号。
(3)重构信号，得到第一信号：上述通过小波变换函数，对接收的布里渊散射信号进行层次分解，得到各分解信号以及消噪处理后，将每层消噪处理后的信号信息分量进行重组，得到第一信号f1(t)。W1(j,k)可表示上述任一分解信号的布里渊散射信号，则第一信号f1(t)可表示为：
通过本发明实施例的小波变换处理后，可得到如图5所示的第一信号的结果图。图5中接收的原始布里渊散射信号用原点表示，小波变换处理得到的第一信号用线段表示。则由图5可以看出，与原始布里渊散射信号相比，经过小波变换滤波后的信号，其起伏程度明显降低，便于待测光纤上的温度或者应力信息的检测。
可选地，在本发明实施例的信息检测方法的一种实施例中，在通过高斯滤波对第一信号进行滤波处理，得到第二信号之前，方法还包括：
步骤一，确定高斯滤波函数，其中，高斯滤波函数为
σ2表示高斯函数的方差，t表示时间，e表示无理数。
本发明实施例为对小波变换滤波后的信号进行高斯平滑滤波，进一步提高信号的信噪比的实施方法。本步骤为构建高斯平滑的高斯卷积核函数的实施方法。
在本发明实施例中可选用高斯核函数为：的卷积核。
相应地，通过高斯滤波对第一信号进行滤波处理，得到第二信号，包括：
步骤二，通过含有高斯滤波函数的线性平滑滤波器，对第一信号进行滤波处理，得到第二信号。
上述步骤在确定了高斯滤波函数后，通过含有该高斯滤波函数的线性平滑滤波器，对经过小波变换得到的第一信号进行滤波处理。
将经高斯平滑滤波后得到的第二信号表示为F(t)，将经过小波变换滤波得到的第一信号表示为f1(t)，则F(t)的表达式可表示为：
通过本发明实施例的高斯滤波处理后，可得到如图6所示的第二信号的结果图。图6中接收的原始布里渊散射信号用原点表示，高斯滤波处理得到的第二信号用线段表示，则由图6可以看出，与原始布里渊散射信号相比，经过高斯滤波处理后的信号，其起伏程度明显降低。处理后的信号的起伏程度明显降低，且信号的信噪比得到了显著提升，该效益使得BOTDA系统在不加大系统的注入光功率的情况下，提升检测光纤的范围。
可见，通过本发明实施例对小波变换处理后的信息进行高斯滤波处理后，可得到更加真是的布里渊散射信号，使得信号的信噪比得到了显著提升，进而使得BOTDA系统在不加大系统的注入光功率的情况下，提升检测光纤的范围。
可选地，在本发明实施例的信息检测方法的一种实施例中，在将预先构建的稀疏洛伦兹函数与第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息之前，方法还包括：
通过对等分频率区间的洛伦兹函数设置预设约束函数，得到预设区间非等分，且沿频率区间对称的稀疏洛伦兹函数。
本发明实施例为构建稀疏洛伦兹函数的实施方法。
具体地，对均匀分布的洛伦兹函数设置预设约束函数，该预设约束函数可表示为f(x)＝eax，常熟a取不同值时，得到的稀疏洛伦兹函数会有差异。预设区间可设为ΔvBc，进而得到本发明实施例的构建的与实验参数相匹配的理想洛伦兹信号，即为本发明实施例的稀疏洛伦兹函数gc(v)：
在本发明实施例中，选取ΔvBc为40MHz(通常为30-50MHz)，中心频率vBc为扫频范围的中间值。根据实验扫频范围，该中心频率选为10.835MHz，常数a的取值为2，v的范围与BOTDA系统的扫频范围一致，为10.79-10.88MHz。则可得到如图7所示的本发明实施例的一种信息检测方法的稀疏洛伦兹函数分布图。
可见，通过本发明实施例，可得到沿中心频率集中分布的非等分稀疏洛伦兹函数，使得后期做卷积运算时得到的最后得到的布里渊频移信息更加精确。
在本发明实施例中，还有如图8所示的本发明实施例的一种信息检测方法中第二信号与稀疏洛伦兹函数互相关卷积运算所得的布里渊频移信息分布图。
该图8中非等分稀疏洛伦兹函数与经过两次滤波处理得到的第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息的方法可如下：
首先，将经高斯平滑滤波后得到的第二信号F(t)，进行横纵转换得到空间上各点的纵向频率序列信号，表示为gcn(v)＝[gn(v)+n(v)]，其中，n(v)为系统噪声，gn(v)为布里渊散射信号信息。
其次，将构建好的理想洛伦兹曲线与gcn(v)做互相关卷积运算，互相关卷积运算的结果表示为G(v)：
G(v)＝gc(v)*gcn(v)＝gc(v)*gn(v)+gc(v)*n(v)
考虑到系统噪声和布里渊散射信号信息互补相关，可将上式简化为：
其中，Gr为互卷积运算后的布里渊散射信号的峰值，ΔvBr＝ΔvBc+ΔvBn，ΔvBn为真实布里渊散射信号的线宽，ΔvBc为构建的洛伦兹曲线的线宽。v为频率，vBr为互相关卷积运算的结果G(v)的中心频率，通过上述公式可得到vBr的数值。
又因为vBr＝vBc+vBn，vBn为布里渊散射信号信息gn(v)的中心频率，vBr为互相关卷积运算的结果G(v)的中心频率，vBc为参考洛伦兹的中心频率，vBn为提取出的真实的布里渊散射信号信息的中心频率信息，则用互相关卷积运算的结果G(v)的中心频率vBr减去参考洛伦兹的中心频率vBc，即可得到真实的布里渊散射信号的中心频率信息vBn，即可得到如图8所示的布里渊频移信息分布图。
图8中虚线表示未经过稀疏洛伦兹函数互相关卷积运算的原始布里渊散射信号信息，实线表示经过稀疏洛伦兹函数互相关卷积运算得到的布里渊频移信息。由图8可看出，互相关卷积得到的曲线接近于关于中心频率对称的完美洛伦兹信号，因此噪声在峰值附近有很大程度的衰减。
可见，通过本发明实施例的稀疏洛伦兹函数对经过两次滤波处理得到的布里渊散射信号信息进行调整，改变频率v的分布离散程度，使其更加接近关于中心对称的理想的洛伦兹线型，使得关于中心频率对称的预设区域的信号最大程度的削弱噪声，进而得到更加真实的布里渊频移信息。
可选地，在本发明实施例的信息检测方法的一种实施例中，通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定待检测目标信息，包括：
当待检测目标信息为温度时，通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制函数关系中的应力为零，计算布里渊频移信息对应的温度；或
当待检测目标信息为应力时，通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制函数关系中的温度为零，计算布里渊频移信息对应的应力。
在本发明实施例中，待检测目标信息为温度或者应力。布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系可表示为：
vB(z)＝CεΔε(z)+CTΔT(z)
其中，vB(z)表示光纤z点位置处布里渊频移信息的中心频率，Cε表示光纤应力系数，CT表示光纤温度系数，Δε(z)表示光纤z处压力的变化量，ΔT(z)为光纤z处温度变化量。
当本发明实施例中，当待检测目标信息为温度时，控制上述公式中光纤z处应力的变化量Δε(z)为零，公式中光纤任一点z处布里渊频移信息的中心频率vB(z)以及光纤温度系数CT已知，则可计算出当前z处布里渊频移信息的中心频率vB(z)对应的温度变化量ΔT(z)。
例如，图9所示的本发明实施例的一种信息检测方法得到的温度信息。图9中横坐标表示距离，纵坐标表示温度。
当待检测目标信息为应力时，控制上述公式中光纤z处温度的变化量ΔT(z)为零，公式中光纤任一点z处布里渊频移信息的中心频率vB(z)以及光纤应力系数Cε已知，则可计算出当前z处布里渊频移信息的中心频率vB(z)对应的应力变化量。
可见，通过本发明实施例结合的小波变换滤波与高斯平滑滤波两种滤波方式，有效的提升信号的信噪比，并改善了信号的起伏程度，提升了BOTDA传感系统的检测精确度，并可以使系统在不增大激光注入功率的情况下提升系统的光纤监测范围。该实施例滤波降噪方法也完全可以应用到其他分布式光纤传感系统中。且本发明实施例的采用的稀疏约束互相关卷积算法不仅降低了信号运算的复杂度，也提升了信号的检测精度。最终通过布里渊频移信息与待检测信息的函数关系，进而达到更加准确的测量温度及应力。
为实现上述发明目的，本发明实施例还公开了一种信息检测装置，如图10所示。图10为本发明实施例的一种信息检测装置结构示意图，包括：
第一信号确定模块101，用于通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；
第二信号确定模块102，用于通过高斯滤波对第一信号进行滤波处理，得到第二信号；
频移信息确定模块103，用于将预先构建的稀疏洛伦兹函数与第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；
目标信息确定模块104，用于通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定待检测目标信息，其中，待检测目标信息包括温度或应力。
本发明实施例提供的一种信息检测装置，实现了提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，进而达到准确的测量温度或应力。具体为，本发明实施例通过将接收到的沿光纤各点分布的布里渊散射信号作为处理对象，经过第一次小波变换滤波与第二次高斯平滑滤波，对含有起伏背景噪声的信号两次滤波处理，有效的抑制了起伏波动的背景噪声，提高了信号的信噪比。另外，通过预先构建的稀疏洛伦兹函数与滤波处理后得到的信息进行互相关卷积运算，进而得到更加真实的布里渊频移信息，有效的提高信号频移的正确率。最后，本发明实施例通过布里渊频移信息与待检测目标信息(温度及应力)的函数关系，进而达到准确的测量温度或应力。
可选地，在本发明实施例的信息检测装置的一种实施例中，装置还包括：
第一函数确定模块，用于确定小波变换函数，其中，小波变换函数为
j、k表示布里渊散射信号不同离散点上的取值，t表示时间，ψ表示由j、k坐标决定的位置对应的小波函数；
相应的，第一信号确定模块101，具体用于通过小波变换函数，对接收的布里渊散射信号进行分解，得到各分解信号；对各分解信号进行消噪处理；重组消噪处理后的各分解信号的信号分量，得到第一信号。
可选地，在本发明实施例的信息检测装置的一种实施例中，装置还包括：
第二函数确定模块，用于确定高斯滤波函数，其中，高斯滤波函数为
σ2表示高斯函数的方差，t表示时间，e表示无理数。
相应地，第二信号确定模块102，具体用于通过含有高斯滤波函数的线性平滑滤波器，对第一信号进行滤波处理，得到第二信号。
可选地，在本发明实施例的信息检测装置的一种实施例中，装置还包括：
第三函数确定模块，用于通过对等分频率区间的洛伦兹函数设置预设约束函数，得到预设区间非等分，且沿频率区间对称的稀疏洛伦兹函数。
可选地，在本发明实施例的信息检测装置的一种实施例中，目标信息确定模块104，具体用于当待检测目标信息为温度时，通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制函数关系中的应力为零，计算布里渊频移信息对应的温度；或当待检测目标信息为应力时，通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制函数关系中的温度为零，计算布里渊频移信息对应的应力。
为实现上述发明目的，本发明实施例还公开了一种电子设备，如图11所示。图11为本发明实施例的一种电子设备结构示意图，包括处理器111、通信接口112、存储器113和通信总线114，其中，处理器111、通信接口112、存储器113通过通信总线114完成相互间的通信；
存储器113，用于存放计算机程序；
处理器111，用于执行存储器113上所存放的程序时，实现如下方法步骤：
通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；
通过高斯滤波对第一信号进行滤波处理，得到第二信号；
将预先构建的稀疏洛伦兹函数与第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；
通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定待检测目标信息，其中，待检测目标信息包括温度或应力。
上述电子设备提到的通信总线114可以是外设部件互连标准(PeripheralComponent Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线114可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口112用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器113可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器113还可以是至少一个位于远离前述处理器111的存储装置。
上述的处理器111可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例提供的一种电子设备，实现了提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，进而达到准确的测量温度或应力。具体为，本发明实施例通过将接收到的沿光纤各点分布的布里渊散射信号作为处理对象，经过第一次小波变换滤波与第二次高斯平滑滤波，对含有起伏背景噪声的信号两次滤波处理，有效的抑制了起伏波动的背景噪声，提高了信号的信噪比。另外，通过预先构建的稀疏洛伦兹函数与滤波处理后得到的信息进行互相关卷积运算，进而得到更加真实的布里渊频移信息，有效的提高信号频移的正确率。最后，本发明实施例通过布里渊频移信息与待检测目标信息(温度及应力)的函数关系，进而达到准确的测量温度或应力。
为实现上述发明目的，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如下方法步骤：
通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；
通过高斯滤波对第一信号进行滤波处理，得到第二信号；
将预先构建的稀疏洛伦兹函数与第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；
通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定待检测目标信息，其中，待检测目标信息包括温度或应力。
本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，实现了提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，进而达到准确的测量温度或应力。具体为，本发明实施例通过将接收到的沿光纤各点分布的布里渊散射信号作为处理对象，经过第一次小波变换滤波与第二次高斯平滑滤波，对含有起伏背景噪声的信号两次滤波处理，有效的抑制了起伏波动的背景噪声，提高了信号的信噪比。另外，通过预先构建的稀疏洛伦兹函数与滤波处理后得到的信息进行互相关卷积运算，进而得到更加真实的布里渊频移信息，有效的提高信号频移的正确率。最后，本发明实施例通过布里渊频移信息与待检测目标信息(温度及应力)的函数关系，进而达到准确的测量温度或应力。
为实现上述发明目的，本发明实施例还公开了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如下方法步骤：
通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；
通过高斯滤波对第一信号进行滤波处理，得到第二信号；
将预先构建的稀疏洛伦兹函数与第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；
通过布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定待检测目标信息，其中，待检测目标信息包括温度或应力。
本发明实施例提供的一种包含指令的计算机程序产品，实现了提高分布式传感系统中布里渊散射信号检测的准确度，进而达到准确的测量温度或应力。具体为，本发明实施例通过将接收到的沿光纤各点分布的布里渊散射信号作为处理对象，经过第一次小波变换滤波与第二次高斯平滑滤波，对含有起伏背景噪声的信号两次滤波处理，有效的抑制了起伏波动的背景噪声，提高了信号的信噪比。另外，通过预先构建的稀疏洛伦兹函数与滤波处理后得到的信息进行互相关卷积运算，进而得到更加真实的布里渊频移信息，有效的提高信号频移的正确率。最后，本发明实施例通过布里渊频移信息与待检测目标信息(温度及应力)的函数关系，进而达到准确的测量温度或应力。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备以及存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种信息检测方法，其特征在于，包括：
通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；
通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号；
将预先构建的稀疏洛伦兹函数与所述第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；
通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定所述待检测目标信息，其中，所述待检测目标信息包括温度或应力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号之前，所述方法还包括：
确定小波变换函数，其中，所述小波变换函数为
所述j、k表示布里渊散射信号不同离散点上的取值，t表示时间，ψ表示由j、k坐标决定的位置对应的小波函数；
相应的，所述通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号，包括：
通过所述小波变换函数，对接收的布里渊散射信号进行分解，得到各分解信号；
对所述各分解信号进行消噪处理；
重组消噪处理后的所述各分解信号的信号分量，得到所述第一信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号之前，所述方法还包括：
确定高斯滤波函数，其中，所述高斯滤波函数为
σ2表示高斯函数的方差，t表示时间，e表示无理数；
相应地，所述通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号，包括：
通过含有所述高斯滤波函数的线性平滑滤波器，对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将预先构建的稀疏洛伦兹函数与所述第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息之前，所述方法还包括：
通过对等分频率区间的洛伦兹函数设置预设约束函数，得到预设区间非等分，且沿所述频率区间对称的稀疏洛伦兹函数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定所述待检测目标信息，包括：
当所述待检测目标信息为温度时，通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制所述函数关系中的应力为零，计算所述布里渊频移信息对应的温度；或
当所述待检测目标信息为应力时，通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，控制所述函数关系中的温度为零，计算所述布里渊频移信息对应的应力。
6.一种信息检测装置，其特征在于，包括：
第一信号确定模块，用于通过小波变换对接收的布里渊散射信号进行预处理，得到第一信号；
第二信号确定模块，用于通过高斯滤波对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号；
频移信息确定模块，用于将预先构建的稀疏洛伦兹函数与所述第二信号进行互相关卷积运算，得到布里渊频移信息；
目标信息确定模块，用于通过所述布里渊频移信息与待检测目标信息的函数关系，确定所述待检测目标信息，其中，所述待检测目标信息包括温度或应力。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一函数确定模块，用于确定小波变换函数，其中，所述小波变换函数为
所述j、k表示布里渊散射信号不同离散点上的取值，t表示时间，ψ表示由j、k坐标决定的位置对应的小波函数；
相应的，所述第一信号确定模块，具体用于通过所述小波变换函数，对接收的布里渊散射信号进行分解，得到各分解信号；对所述各分解信号进行消噪处理；重组消噪处理后的所述各分解信号的信号分量，得到所述第一信号。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二函数确定模块，用于确定高斯滤波函数，其中，所述高斯滤波函数为
σ2表示高斯函数的方差，t表示时间，e表示无理数；
相应地，所述第二信号确定模块，具体用于通过含有所述高斯滤波函数的线性平滑滤波器，对所述第一信号进行滤波处理，得到第二信号。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。
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