CN112378432B - 基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分布式光纤传感领域，公开了一种基于噪声匹配滤波的的分布式光纤传感装置及方法，装置包括ASE噪声激光器，ASE噪声激光器发出噪声激光信号经隔离器、声光调制器后变成脉冲信号，然后经光纤耦合器分为两束，其中一束作为探测光束经波分复用器后入射到传感光纤，在传感光纤中产生的背向噪声瑞利散射光和噪声拉曼反斯托克斯散射光被波分复用器分开后，分别被第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，分别被第一探测器和第二探测器探测，另一束作为参考光束被第三探测器探测；通过采集卡采集三个探测器的探测信号并发送至计算机。本发明可以达到更远的传感距离，不仅实现了温度和应力的同时传感，提高了系统的分辨率。

Description

基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置和方法
技术领域
本发明涉及分布式光纤传感领域，具体是一种可以实现高空间分辨率的基于噪声匹配滤波的的分布式光纤传感装置及方法。
背景技术
分布式光纤拉曼传感系统可以连续测量传感光纤沿线的分布式温度特征信息。在分布式光纤拉曼传感系统中，传感光纤沿线的环境温度可以对光纤中的拉曼散射光进行强度调制，系统通过采集这些携带着温度信息的拉曼散射光，经过解调就可以得到传感光纤沿线的温度变化情况。分布式光纤拉曼传感系统具有耐高压、抗电磁干扰、体积小、重量轻等优点，因此被广泛应用于煤矿、油气管道、桥梁、建筑等温度安全监测领域。
在分布式光纤拉曼传感系统中，空间分辨率是一项主要的技术指标，可以反映测温系统中能够分辨光纤温度变化的最小长度。目前，分布式光纤拉曼传感系统是基于光时域反射(OTDR)技术进行定位，由于光源脉宽的限制，该方法中存在着空间分辨率及传感距离无法兼顾的矛盾，其最优空间分辨率可以达到1m。此外，分布式光纤拉曼传感系统只能监测光纤沿线的温度变化情况，还无法实现光纤沿线应力和应变信息的提取。
基于此，有必要发明一种全新的分布式光纤传感方法，以解决现有分布式光纤传感系统无法同时对温度和应变进行检测，且空间分辨率受限于光源脉宽，其空间分辨率难以突破1m的技术难题。
发明内容
为了解决现有分布式光纤拉曼传感系统空间分辨率受限于OTDR原理，导致其难以突破1m的技术难题，以及系统无法同时实现温度和应变这两个参量的连续分布式测量。本发明提出了一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感方法，该方法可以对光纤沿线的温度以及应变这两种参量进行协同监测，最终实现光纤沿线的毫米量级空间分辨率测量。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置，包括ASE噪声激光器(1)，隔离器(2)，声光调制器(3)，光纤耦合器(5)，波分复用器(6)，传感光纤(7)，第一掺铒光纤放大器(8)，第一光电探测器(9)，第二掺铒光纤放大器(10)，第二光电探测器(11)，第三光电探测器(12)，采集卡(13)和计算机(14)；
所述ASE噪声激光器(1)发出噪声激光信号经隔离器(2)、声光调制器(3)后变成脉冲信号，然后经光纤耦合器(5)分为两束，其中一束作为探测光束经波分复用器(6)后入射到传感光纤(7)，在传感光纤(7)中产生的背向噪声瑞利散射光和噪声拉曼反斯托克斯散射光被波分复用器(6)分开后，分别被第一掺铒光纤放大器(8)和第二掺铒光纤放大器(10)放大后，分别被第一探测器和第二探测器探测，另一束作为参考光束被第三探测器探测；通过采集卡采集三个探测器的探测信号并发送至所述计算机。
所述的一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置，还包括脉冲信号发生器(4)，所述脉冲信号发生器(4)用于驱动所述声光调制器(3)，将所述ASE噪声激光器(1)发出的激光信号调制成脉冲激光信号。
所述计算机用于根据第一光电探测器(9)，第二光电探测器(11)和第三光电探测器(12)的探测信号解调得到传感光纤(7)沿线的温度信息和应变信息。
本发明还提供了一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感方法，包括以下步骤：
S1、搭建分布式光纤拉曼传感系统，使ASE噪声激光源输出的噪声脉冲激光分为两束，一束作为探测光束入射至传感光纤，在传感光纤中产生的背向噪声瑞利散射光和噪声拉曼反斯托克斯散射光被分开后，分别被第一探测器和第二探测器探测，另一束作为参考光束被第三探测器探测；通过数据采集卡采集三个探测器的探测信号；
S2、定标阶段：在传感光纤前端L0处设置长度大于激光脉冲宽度的光纤环，光纤环温度设为T′0，传感光纤所处的环境温度记为T0，测量位置L0的反斯托克斯散射光强度，并进行层析处理，得到位置L0的层析处理后的反斯托克斯散射光强度；
S3、测量阶段：采集脉冲参考信号，拉曼反斯托克散射光和瑞利散射光的光强；对采集得到的拉曼反斯托克斯散射光信号进行层析处理，得到层析处理后的拉曼散射信号；对噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号进行噪声匹配滤波运算，得到噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数根据噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数的相关峰位置，计算温变位置和温变位置的温度T1；计算公式为：
其中，c表示光速，n0为传感光纤的折射率，m1表示噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数的相关峰的延时时间，L1表示温变位置，T1表示温变位置L1处的温度，L0表示定标阶段光纤环的位置，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，Ras表示反斯托克斯散射光的温度调制函数，I1表示层析处理后的位置为L1的温变处的噪声拉曼反斯托克斯散射光强，I0表示定标阶段得到的层析处理后的位置为L0的噪声拉曼反斯托克斯散射光强度，α0、αas分别表示入射光和噪声反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数；
对噪声脉冲参考信号和噪声瑞利散射信号的进行噪声匹配滤波运算，得到噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数并计算其斜率，然后根据斜率得到传感光纤的附加损耗，进而解调出传感光纤沿线受到的应力信息。
所述步骤S2和步骤S3中，层析处理的的具体方法为：用相邻时刻中后一时刻的采样信号幅值减去前一个时刻的采样信号的幅值。
所述噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数的计算公式为：
噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数的计算公式为：
其中，xn+m表示在延时时间为m时，第n个采样点的噪声参考信号，N表示采样点的总数，表示层析处理后的第n个采样点的噪声拉曼反斯托克斯光强，/>表示第n个采样点的瑞利散射光强。
应变解调时，发生应变的位置的计算公式为：其中，L2表示应变发生的位置，m2表示噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数/>图像中斜率发生变化时对应的延时时间，c表示光速，n0为传感光纤的折射率。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感方法，其通过ASE(自发辐射)噪声脉冲参考信号和沿光纤散射回来后经过层析处理的具有噪声特性的拉曼散射信号(噪声拉曼散射信号)进行噪声匹配滤波处理，定位传感光纤温变区的位置；另外将噪声拉曼散射信号与噪声脉冲参考信号进行比值解调得到温变区的详细温度信息；最后通过噪声脉冲参考信号与噪声瑞利信号的噪声匹配滤波解调，得到光纤沿线的详细应变信息。由于通过层析处理后对信号进行噪声匹配滤波处理，因此本发明可以实现高空间分辨率，而且噪声信号完全没有周期性，本发明可以达到更远的传感距离，不仅实现了温度和应力的同时传感，还提高了系统的分辨率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于噪声匹配滤波的高空间分辨率分布式光纤拉曼传感装置的结构示意图。
图中：1-ASE噪声激光发生器，2-隔离器，3-声光调制器，4-脉冲信号发生器，5-光纤耦合器，6-波分复用器，7-传感光纤，8-第一掺铒光纤放大器，9-第一光电探测器，10-第二掺铒光纤放大器，11-第二光电探测器，12-第三光电探测器，13-高速数据采集卡，14-计算机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。
如图1所示，本发明实施例提供了一种一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，包括ASE噪声激光器1，隔离器2，声光调制器3，光纤耦合器5，波分复用器6，传感光纤7，第一掺铒光纤放大器8，第一光电探测器9，第二掺铒光纤放大器10，第二光电探测器11，第三光电探测器12，采集卡13和计算机14。所述ASE噪声激光器1的输出端与隔离器2输入端连接；隔离器2输出端与声光调制器3输入端连接，脉冲信号发生器4与-声光调制器3连接，声光调制器3输出端与光纤耦合器5的a端口连接；波分复用器6、第三光电探测器12分别与光纤耦合器5的b端口、c端口连接；波分复用器6的b端口、c端口、d端口分别与传感光纤7、第二掺铒光纤放大器10、第一掺铒光纤放大器8连接；第二掺铒光纤放大器10的输出端与第二光电探测器11连接，第一掺铒光纤放大器8的输出端与第一光电探测器9连接；第一光电探测器9、第二光电探测器11、第三光电探测器12的输出端与高速数据采集卡13连接；高速数据采集卡13与14计算机连接。
所述ASE噪声激光器1发出的噪声激光信号经隔离器2、声光调制器3后变成脉冲信号，然后经光纤耦合器5分为两束，其中一束作为探测光束经波分复用器6后入射到传感光纤7，在传感光纤7中产生的背向噪声瑞利散射光和噪声拉曼反斯托克斯散射光被波分复用器6分开后，分别被第一掺铒光纤放大器8和第二掺铒光纤放大器10放大后，分别被第一探测器和第二探测器探测，另一束作为参考光束被第三探测器探测；通过采集卡采集三个探测器的探测信号并发送至所述计算机。
如图1所示，本实施例提供的一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置，还包括脉冲信号发生器4，所述脉冲信号发生器4用于驱动所述声光调制器3，将所述ASE噪声激光器1发出的激光信号调制成脉冲激光信号。所述计算机用于根据第一光电探测器9，第二光电探测器11和第三光电探测器12的探测信号解调得到传感光纤7沿线的温度信息和应变信息。
进一步地，本实施例中，ASE噪声激光器的工作波长为1550nm，其发出的脉冲激光经过分支比为1：99的光纤耦合器后，分为参考路和探测路；探测路的噪声脉冲激光进入传感光纤后，产生背向噪声瑞利散射光和噪声拉曼反斯托克斯散射光。噪声背向瑞利散射光、噪声拉曼反斯托克斯散射光由波分复用器分束，分别从波分复用器的1550nm端口、1450nm端口发出。
此外，本发明实施例还提供了一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感方法，其基于噪声匹配滤波方法进行定位，可以对光纤沿线的温度和应力进行传感和定位，其具体包括以下步骤：包括以下步骤：
S1、搭建分布式光纤拉曼传感系统，使ASE噪声激光源输出的噪声脉冲激光分为两束，一束作为探测光束入射至传感光纤，在传感光纤中产生的背向噪声瑞利散射光和噪声拉曼反斯托克斯散射光被分开后，分别被第一探测器和第二探测器探测，另一束作为参考光束被第三探测器探测；通过数据采集卡采集三个探测器的探测信号；
S2、定标阶段：在传感光纤前端L0处设置长度大于激光脉冲宽度的光纤环，光纤环温度设为T′0，传感光纤所处的环境温度记为T0，测量位置L0的反斯托克斯散射光强度，并进行层析处理，得到位置L0的层析处理后的反斯托克斯散射光强度；
S3、测量阶段：采集脉冲参考信号，拉曼反斯托克散射光和瑞利散射光的光强；对采集得到的拉曼反斯托克斯散射光信号进行层析处理，得到层析处理后的拉曼散射信号；对噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号进行噪声匹配滤波运算，得到噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数根据噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数的相关峰位置，计算温变位置和温变位置的温度T1；
对噪声脉冲参考信号和噪声瑞利散射信号的进行噪声匹配滤波运算，得到噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数并计算其斜率，然后根据斜率得到传感光纤的附加损耗，进而解调出传感光纤沿线受到的应力信息。
下面介绍本发明实施例中对温度和应力测量的解调和定位原理。
一、噪声脉冲参考信号、噪声拉曼反斯托克斯信号光强处理
(1)噪声拉曼反斯托克斯信号的采集与处理。
在温度解调中，设激光脉冲宽度为W，传感光纤L位置处的后向拉曼反斯托克斯散射信号(anti-Stokes)强度为：
式中P为脉冲激光器的入射功率，Kas表示与拉曼反斯托克斯背向散射截面有关的系数，S是光纤的背向散射因子，νas是拉曼反斯托克斯散射信号的频率，φe表示耦合进入光纤的脉冲激光光通量，α0、αas分别是入射光和反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数，L为传感光线的长度，Ras(T)是反斯托克斯散射光的温度调制函数：
Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，T为传感光纤温度。
实际上，在分布式光纤拉曼传感系统中，所用探测信号为脉冲信号，这使高速数据采集卡在某一时刻采集到的信息并非光纤L位置一点的光强信息，而是整个脉冲信号在传感距离等于半个脉冲宽度的一段光纤光强信息的叠加。基于噪声匹配滤波法的毫米级空间分辨率分布式光纤拉曼传感方法所用探测信号为噪声脉冲信号，整段脉冲信号的功率呈现随机起伏状态。因此当探测信号脉冲宽度为W的噪声脉冲序列时，高速数据采集卡采集到传感光纤L位置处的噪声拉曼反斯托克斯信号强度可以表示为：
式中，表示高速数据采集卡在传感光纤L位置处采集的噪声反斯托克斯散射信号的光强累加信息，c为光速，n为传感光纤的折射率。当脉冲宽度为W时，Li为高速数据采集卡在L位置采集到的光强信息来自传感光纤[(L-Wc/2n)～L]的位置区间。Pi表示脉冲噪声信号的光功率。
(2)噪声脉冲参考信号的采集与处理。
1-ASE噪声激光器发出的脉冲激光经过5-光纤耦合器的c端口，由13-采集卡收集得到参考信号为Ic＝Pi。
(3)层析处理噪声拉曼反斯托克斯信号。
采集得到的噪声拉曼反斯托克斯散射光信号，每个采样点均为整个噪声脉冲序列在半个脉冲宽度的光纤长度的光强信息叠加。对采样信号进行层析处理，即用相邻时刻中后一时刻的采样信号幅值减去前一个时刻的采样信号的幅值，其表达式为：
式中Pi表示脉冲噪声信号各点的光功率，T1表示后一时刻采样信号所在传感光纤位置的温度，T0为前一时刻采样信号所在传感光纤位置的温度，L1表示传感光纤的位置。
二、利用噪声匹配滤波进行位置定位
对噪声脉冲参考信号和层析处理噪声拉曼反斯托克斯信号进行噪声匹配滤波运算，运算方式如下：
其中代表噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数，xn+m表示在延时时间为m时，第n个采样点的噪声参考信号，N表示采样点的总数，表示层析处理后的第n个采样点的拉曼反斯托克斯光强，其实际上等于I1，/>表示第n个采样点的瑞利散射光强。
经层析处理的拉曼反斯托克斯信号，来自光纤非变温区的信号强度大小接近于0，而来自变温区的信号强度大小取决于变温区温度高低。因此将参考信号与层析处理的拉曼反斯托克斯信号进行噪声匹配滤波运算，其相关峰位置即为传感光纤相应温度变化的位置信息。当延时时间为m1时呈现相关峰，则时间尺度下温变区的位置为空间尺度下温变区位置为：
式中，c表示光速，n0为传感光纤的折射率。计算后系统可以通过延时时间得到光纤沿线具体位置信息。
三、噪声比值法解调温度
(1)定标阶段
在传感光纤前端L0处设置长度大于激光脉冲宽度W的光纤环，光纤环温度设为传感光纤所处的环境温度记为T0，则经过层析处理后位置L0的反斯托克斯散射光强度为：
I0＝K·[Ras(T′0)-Ras(T0)]·exp[-(α0+αas)L0]·Pi； (7)
(2)测量阶段
设传感光纤L1位置产生温度变化，温度为T1，则L1处反斯托克斯散射光强为：
I1＝K·[Ras(T1)-Ras(T0)]·exp[-(α0+αas)L1]·Pi； (8)
公式(1)、(2)两式进行比值解调，可得：
由(3)式整理得温变区温度T1为：
其中，L1表示温变位置，T1表示温变位置L1处的温度，L0表示定标阶段光纤环的位置，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，Ras表示反斯托克斯散射光的温度调制函数，I1表示层析处理后的位置为L1的温变处的噪声拉曼反斯托克斯散射光强，I0表示定标阶段得到的层析处理后的位置为L0的噪声拉曼反斯托克斯散射光强度，α0、αas分别表示入射光和噪声反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数；因此，通过式(10)和式(6)可以对光纤沿线进行温度解调和定位。
四、分布式光纤拉曼传感系统的应变测量
(1)采集噪声瑞利散射信号
噪声脉冲激光源发出的脉冲信号经过波分复用器入射传感光纤，采集卡采集的瑞利散射信号强度为：
IRay＝I0·v0 4exp(-2α0L)； (11)
式中，I0为入射到传感光纤的光强，L为传感光纤位置，ν0为入射光的频率，α0为入射光在光纤传播的损耗。
(2)噪声瑞利散射信号与噪声脉冲参考信号噪声匹配滤波处理
对噪声脉冲参考信号和噪声瑞利散射信号的进行噪声匹配滤波运算，运算方式如下：
式中，xn+m表示在延时时间为m时，第n个采样点的噪声脉冲参考信号，N表示采样点的总数，表示第n个采样点的瑞利散射光强，其等于上面采集到的瑞利散射信号IRay；/>表示噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数。
将噪声脉冲参考信号与瑞利散射信号进行噪声匹配滤波运算，噪声匹配系数的图像的斜率表示传感光纤的衰减系数，来自传感光纤未发生应变区域的瑞利散射信号损耗系数为α0，来自发生应变区域的瑞利散射信号损耗系数为α1＝α0+Δα，其中Δα为应变引起的附加损耗。通过噪声匹配系数可得到传感光纤发生应变的位置以及应变引起的附加损耗数值Δα。应变解调时，发生应变的位置的计算公式为：/>其中，L2表示应变发生的位置，m2表示噪声匹配系数/>图像中斜率发生变化时对应的延时时间，c表示光速，n0为传感光纤的折射率。而传感光纤的附加损耗与光纤受到的应力应变呈现一个正线性关系。基于此，可以解调出光纤沿线的应变信息。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，包括ASE噪声激光器（1），隔离器（2），声光调制器（3），光纤耦合器（5），波分复用器（6），传感光纤（7），第一掺铒光纤放大器（8），第一光电探测器（9），第二掺铒光纤放大器（10），第二光电探测器（11），第三光电探测器（12），采集卡（13）和计算机（14）；
所述ASE噪声激光器（1）发出噪声激光信号经隔离器（2）、声光调制器（3）后变成脉冲信号，然后经光纤耦合器（5）分为两束，其中一束作为探测光束经波分复用器（6）后入射到传感光纤（7），在传感光纤（7）中产生的背向噪声瑞利散射光和噪声拉曼反斯托克斯散射光被波分复用器（6）分开后，分别被第一掺铒光纤放大器（8）和第二掺铒光纤放大器（10）放大后，分别被第一光电探测器（9）和第二光电探测器（11）探测，另一束作为参考光束被第三光电探测器（12）探测；通过采集卡（13）采集三个光电探测器的探测信号并发送至所述计算机（14）；
所述计算机（14）用于解调得到传感光纤（7）沿线的温度信息和应变信息，温变位置和温度的计算公式为：
；
；
其中，c表示光速，n 0为传感光纤的折射率，m 1表示噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数的相关峰的延时时间，L1表示温变位置，T1表示温变位置L1处的温度，L 0 表示定标阶段光纤环的位置，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，/>表示反斯托克斯散射光的温度调制函数，/>表示层析处理后的位置为L1的温变处的噪声拉曼反斯托克斯散射光强，/>表示定标阶段得到的层析处理后的位置为L 0 的噪声拉曼反斯托克斯散射光强度，α 0 、α as 分别表示入射光和噪声反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数；T 0’表示定标阶段在传感光纤前端L 0 处设置的长度大于激光脉冲宽度的光纤环的温度，T 0 表示定标阶段传感光纤所处的环境温度；
应变信息的解调方法为：对噪声脉冲参考信号和噪声瑞利散射信号的进行噪声匹配滤波运算，得到噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数并计算其斜率，然后根据斜率得到传感光纤的附加损耗，进而解调出传感光纤沿线受到的应力信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，还包括脉冲信号发生器（4），所述脉冲信号发生器（4）用于驱动所述声光调制器（3），将所述ASE噪声激光器（1）发出的激光信号调制成脉冲激光信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，所述计算机用于根据第一光电探测器（9），第二光电探测器（11）和第三光电探测器（12）的探测信号解调得到传感光纤（7）沿线的温度信息和应变信息。
4.一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、搭建分布式光纤拉曼传感系统，使ASE噪声激光器输出的噪声脉冲激光分为两束，一束作为探测光束入射至传感光纤，在传感光纤中产生的背向噪声瑞利散射光和噪声拉曼反斯托克斯散射光被分开后，分别被第一光电探测器和第二光电探测器探测，另一束作为参考光束被第三光电探测器探测；通过数据采集卡采集三个光电探测器的探测信号；
S2、定标阶段：在传感光纤前端L 0 处设置长度大于激光脉冲宽度的光纤环，光纤环温度设为T 0’，传感光纤所处的环境温度记为T 0 ，测量位置L 0 的反斯托克斯散射光强度，并进行层析处理，得到位置L 0的层析处理后的反斯托克斯散射光强度；
S3、测量阶段：采集脉冲参考信号，拉曼反斯托克斯散射光和瑞利散射光的光强；对采集得到的拉曼反斯托克斯散射光信号进行层析处理，得到层析处理后的拉曼散射信号；对噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号进行噪声匹配滤波运算，得到噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数，根据噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数的相关峰位置，计算温变位置和温变位置的温度T1；计算公式为：
；
；
其中，c表示光速，n 0为传感光纤的折射率，m 1表示噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数的相关峰的延时时间，L1表示温变位置，T1表示温变位置L1处的温度，L 0 表示定标阶段光纤环的位置，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，/>表示反斯托克斯散射光的温度调制函数，/>表示层析处理后的位置为L1的温变处的噪声拉曼反斯托克斯散射光强，/>表示定标阶段得到的层析处理后的位置为L 0 的噪声拉曼反斯托克斯散射光强度，α 0 、α as 分别表示入射光和噪声反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数；
对噪声脉冲参考信号和噪声瑞利散射信号的进行噪声匹配滤波运算，得到噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数并计算其斜率，然后根据斜率得到传感光纤的附加损耗，进而解调出传感光纤沿线受到的应力信息。
5.根据权利要求4所述一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3中，层析处理的具体方法为：用相邻时刻中后一时刻的采样信号幅值减去前一个时刻的采样信号的幅值。
6.根据权利要求4所述一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感方法，其特征在于，所述噪声脉冲参考信号和层析处理后的噪声拉曼反斯托克斯信号的匹配系数的计算公式为：
；
噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数的计算公式为：
；
其中，表示在延时时间为m时，第n个采样点的噪声参考信号，N表示采样点的总数，/>表示层析处理后的第n个采样点的噪声拉曼反斯托克斯光强，/>表示第n个采样点的瑞利散射光强。
7.根据权利要求4所述一种基于噪声匹配滤波的分布式光纤拉曼传感方法，其特征在于，应变解调时，发生应变的位置的计算公式为：；其中，L2表示应变发生的位置，m2表示噪声脉冲参考信号与噪声瑞利散射信号的匹配系数/>图像中斜率发生变化时对应的延时时间，c表示光速，n 0为传感光纤的折射率。
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