WO2023123968A1 - 光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统 - Google Patents

光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
WO2023123968A1
WO2023123968A1 PCT/CN2022/102882 CN2022102882W WO2023123968A1 WO 2023123968 A1 WO2023123968 A1 WO 2023123968A1 CN 2022102882 W CN2022102882 W CN 2022102882W WO 2023123968 A1 WO2023123968 A1 WO 2023123968A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signals
correction
imbalance
amplitude
phase
Prior art date
Application number
PCT/CN2022/102882
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
李彦鹏
张少华
李飞
Original Assignee
中国石油天然气集团有限公司
中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 中国石油天然气集团有限公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 filed Critical 中国石油天然气集团有限公司
Priority to EP22913257.6A priority Critical patent/EP4343290A1/en
Publication of WO2023123968A1 publication Critical patent/WO2023123968A1/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28—Processing seismic data, e.g. analysis, for interpretation, for correction
    • G01V1/36—Effecting static or dynamic corrections on records, e.g. correcting spread; Correlating seismic signals; Eliminating effects of unwanted energy
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • G01D5/35361—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using elastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Rayleigh backscattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/22—Transmitting seismic signals to recording or processing apparatus
    • G01V1/226—Optoseismic systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00—Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/10—Aspects of acoustic signal generation or detection
    • G01V2210/14—Signal detection
    • G01V2210/142—Receiver location
    • G01V2210/1429—Subsurface, e.g. in borehole or below weathering layer or mud line
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00—Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/30—Noise handling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • I 1 (t i ) and Q 1 (t i ) are I/Q signals I 1 and Q 1 at time t i .
  • I/Q signal obtained by Hilbert transforming I/Q signals I 2 (t i ) and Q 2 (t i ) corrected for amplitude imbalance;
  • I 1 (t i ) I 0 (t i )-D i ;

Abstract

一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统，方法包括：获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0和Q 0；对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1；利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2；利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。通过本方法，能够对I/Q信号进行精确校正，准确高效地压制光纤解调噪声，改善光纤分布式声波传感数据采集质量。

Description

光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统 技术领域
本发明涉及光纤传感及地震勘探技术领域，具体地，涉及一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正系统。
背景技术
光纤分布式声波传感(Distributed fiber Acoustic Sensing，DAS)技术是一项革命性的新技术，将光纤同时作为传感媒介和传输介质，可以感知光纤周围的声波震动信息，并通过高密度的时间和空间采样记录下来，广泛应用于井中地震数据采集、大坝安全性监测、周界安防、管道监测等方面。光纤分布式声波传感技术主要利用激光在光纤中传播时产生的瑞利逆向散射，当光纤周围的介质有振动时，瑞利散射也会发生相应的变化，通过连续观测和对这种光信号的解调就可以得到地层的地震波信息。
光纤分布式声波传感技术一般采用相位敏感型光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer，OTDR)通过同相/正交(In-phase/Quadrature，I/Q)相位解调得到瑞利散射的相位信息，由于光纤传感器件存在固有误差，如直流偏置、幅度不平衡、相位不平衡等，这些误差会导致输出的I/Q值在交会图上呈椭圆变化，解调相位与待测物理量呈现非线性关系，严重影响相位解调的精度，由此产生的相位噪声在后续的信号处理中很难去除，如何实现高精度DAS相位解调成为制约该技术发展的一个重点和难点课题，国内外许多专家都致力于消除这种复杂干扰。
发明内容
针对现有技术中相位噪声在信号处理中很难去除的技术问题，本发明提供了一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统，采用该方法能够对I/Q信号进行精确校正，准确高效地压制光纤解调噪声，改善光纤分布式声波传感数据采集质量。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法包括以下步骤：获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0和Q 0；对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1；利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2；利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。
进一步地，所述对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1，包括：根据I/Q信号I 0和Q 0计算对应的直流偏置因子D i和D q；利用直流偏置因子D i和D q对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1。
进一步地，所述根据I/Q信号I 0和Q 0计算对应的直流偏置因子D i和D q，包括：根据I/Q信号I 0和Q 0在不同时间点的均值计算对应的直流偏置因子D i和D q。
进一步地，所述利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2 和Q 2，包括：利用希尔伯特变换与直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1计算对应的幅度不平衡因子A i和A q；根据幅度不平衡因子A i和A q对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2。
进一步地，所述利用希尔伯特变换与直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1计算对应的幅度不平衡因子A i和A q，包括：通过希尔伯特变换计算I/Q信号I 1和Q 1的对应的瞬时振幅；根据对应的瞬时振幅在不同时间点的均值计算对应的幅度不平衡因子A i和A q。
进一步地，所述利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3，包括：利用希尔伯特变换与幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2计算I/Q信号I 2和Q 2对应的相位ψ i和ψ q；根据I/Q信号I 2和Q 2对应的相位ψ i和ψ q计算相位不平衡因子θ；根据所述相位不平衡因子θ对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。
进一步地，所述利用希尔伯特变换与幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2计算I/Q信号I 2和Q 2对应的相位ψ i和ψ q，包括：通过I/Q信号I 2和Q 2与希尔伯特变换后对应的I/Q信号的比值的反正切函数求取对应的相位ψ i和ψ q。
进一步地，所述根据I/Q信号对应的相位ψ i和ψ q计算相位不平衡因子θ，包括：利用不同时间点相位ψ q和ψ i的差的均值确定相位不平衡因子θ。
进一步地，通过以下方式根据所述相位不平衡因子θ对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3：
I 3＝I 2；
Figure PCTCN2022102882-appb-000001
本发明第二方面提供一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正系统，其特征在于，所述不平衡校正系统包括：获取模块，用于获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0和Q 0；直流偏置校正模块，用于对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1；幅度不平衡校正模块，用于利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2；相位不平衡校正模块，用于利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。
通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：
本发明的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法，获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0和Q 0，对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1，然后利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2，再利用利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3，通过本发明提供的方法，能够 对I/Q信号进行精确校正，准确高效地压制光纤解调噪声，改善光纤分布式声波传感数据采集质量。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中无外界声波信号时各采样点的I/Q信号I 0(t i)和Q 0(t i)的示意图；
图3为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中直流偏置校正后的I/Q信号I 1(t i)和Q 1(t i)的示意图；
图4为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)的示意图；
图5为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中利用希尔伯特变换求取的I/Q信号的相位及相位差θ曲线的示意图；
图6为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调 不平衡校正方法中不平衡校正后的I/Q信号I 3(t i)和Q 3(t i)的示意图；
图7为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)的局部放大的示意图；
图8为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中相位不平衡校正后的I/Q信号I 3(t i)和Q 3(t i)的局部放大的示意图；
图9为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中不平衡校正前后的解调相位及解调相位差异曲线的示意图；
图10为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中不平衡校正前后的幅度曲线的示意图；
图11为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中不平衡校正前后的I/Q交会图的示意图；
图12为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中不平衡校正前后的I/Q解调背景噪声的示意图；
图13为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法中不平衡校正前后的I/Q解调地震波场的示意图；
图14为本发明实施例提供的光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正装置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应 当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本申请技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。
请参考图1，本发明第一方面提供一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法包括以下步骤：
S101：获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0和Q 0。
具体地，本发明实施方式中，利用光纤分布式声波传感采集仪器，连接到耦合于待测物体的光纤，按一定频度发射光脉冲，在光纤周边无外界声波信号的情况下，光纤上各观测点输出I/Q信号I 0、Q 0。光纤分布式声波传感采集仪器是以相位敏感型光时域反射计为核心的仪器，I/Q信号是同相(In-phase)及正交(Quadrature)信号，假设光纤上各观测点附近无外界声波信号。
S102：对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1。
进一步地，所述对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1，包括：根据I/Q信号I 0和Q 0在不同时间点的均值计算对应的直流偏置因子D i和D q：
Figure PCTCN2022102882-appb-000002
Figure PCTCN2022102882-appb-000003
其中，I 0(t i)和Q 0(t i)为t i时刻的I/Q信号I 0和Q 0。
利用直流偏置因子D i和D q对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1：
I 1(t i)＝I 0(t i)-D i；
Q 1(t i)＝Q 0(t i)-D q；
其中，I 1(t i)和Q 1(t i)为t i时刻的I/Q信号I 1和Q 1。
S103：利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2。
进一步地，所述利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2，包括：通过希尔伯特变换计算I/Q信号I 1和Q 1的对应的瞬时振幅；根据对应的瞬时振幅在不同时间点的均值计算对应的幅度不平衡因子A i和A q：
Figure PCTCN2022102882-appb-000004
Figure PCTCN2022102882-appb-000005
其中，
Figure PCTCN2022102882-appb-000006
和
Figure PCTCN2022102882-appb-000007
为直流偏置校正后的I/Q信号I 1(t i)和Q 1(t i)经希尔伯特变换后得到的I/Q信号；
根据幅度不平衡因子A i和A q对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2：
I 2(t i)＝I 1(t i)/A i；
Q 2(t i)＝Q 1(t i)/A q；
其中，I 2(t i)和Q 2(t i)为t i时刻的I/Q信号I 2和Q 2。
S104：利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。
进一步地，所述利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3，包括：通过I/Q信号I 2和Q 2与希尔伯特变换后对应的I/Q信号的比值的反正切函数求取对应的相位ψ i和ψ q：
Figure PCTCN2022102882-appb-000008
Figure PCTCN2022102882-appb-000009
其中，
Figure PCTCN2022102882-appb-000010
和
Figure PCTCN2022102882-appb-000011
为幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)经过希尔伯特变换后得到的I/Q信号；
利用不同时间点相位ψ q和ψ i的差的均值确定相位不平衡因子θ：
Figure PCTCN2022102882-appb-000012
根据所述相位不平衡因子θ对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3(t i)和Q 3(t i)：
I 3(t i)＝I 2(t i)；
Figure PCTCN2022102882-appb-000013
之后，可以利用上述数据进行后续的相位解调处理以及相位解卷绕，得到解调相位ω和幅度Amp，得到声波波场数据。解调相位ω和幅度计算公式如下：
Figure PCTCN2022102882-appb-000014
Figure PCTCN2022102882-appb-000015
本发明实施例中，直流偏置因子D i和D q、幅度不平衡因子A i和A q和相位不平衡因子θ可以在获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0 和Q 0之后统一选取无外界声波信号的位置求取，然后应用于所有观测点的所有采集数据。
实施例
利用光纤分布式声波传感采集仪器，连接到某井下的套管内布设光纤，按10K的频度发射光脉冲，在未进行地面人工震源激发时，光纤周边无外界声波信号的情况下，采集光纤上各观测点在t i(i＝1，2，3，……)时刻输出的I/Q信号I 0(t i)和Q 0(t i)，如图2所示。
根据I/Q信号I 0(t i)和Q 0(t i)多点取均值计算对应的直流偏置因子D i和D q：
Figure PCTCN2022102882-appb-000016
Figure PCTCN2022102882-appb-000017
利用直流偏置因子D i和D q对I/Q信号I 0(t i)和Q 0(t i)进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1(t i)和Q 1(t i)，如图3所示：
I 1(t i)＝I 0(t i)-D i；
Q 1(t i)＝Q 0(t i)-D q。
然后，利用希尔伯特变换与直流偏置校正后的I/Q信号I 1(t)和Q 1(t)计算对应的幅度不平衡因子A i和A q：
Figure PCTCN2022102882-appb-000018
Figure PCTCN2022102882-appb-000019
其中，
Figure PCTCN2022102882-appb-000020
和
Figure PCTCN2022102882-appb-000021
为直流偏置校正后的I/Q信号I 1(t i)和Q 1(t i)经希尔伯特变换后得到的I/Q信号；
根据幅度不平衡因子A i和A q对直流偏置校正后的I/Q信号I 1(t i)和Q 1(t i)进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)，如图4所示：
I 2(t i)＝I 1(t i)/A i；
Q 2(t i)＝Q 1(t i)/A q。
然后，利用希尔伯特变换与幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)计算I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)对应的相位ψ i(t i)和ψ q(t i)，如图5所示：
Figure PCTCN2022102882-appb-000022
Figure PCTCN2022102882-appb-000023
其中，
Figure PCTCN2022102882-appb-000024
和
Figure PCTCN2022102882-appb-000025
为幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)经过希尔伯特变换后得到的I/Q信号。
请参考图5，根据I/Q信号对应的相位ψ i(t i)和ψ q(t i)计算相位不平衡因子，I/Q信号本身应为正交信号，相差
Figure PCTCN2022102882-appb-000026
因此相位不平衡因子(相位差)θ为：
Figure PCTCN2022102882-appb-000027
本实施例中，相位差平均值为-14度。
根据相位不平衡因子对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2(t i)和Q 2(t i)进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3(t i)和Q 3(t i)，如图6-8所示，其中，图7和图8为相位不平衡校正前后的I/Q信号的局部放大示意图：
I 3(t i)＝I 2(t i)；
Figure PCTCN2022102882-appb-000028
得到的不平衡校正后的I/Q信号之后，可以利用上述数据进行后续的相位解调处理以及相位解卷绕，得到解调相位ω和幅度Amp，得到声波波场数据。解调相位ω和幅度Amp计算公式如下：
Figure PCTCN2022102882-appb-000029
Figure PCTCN2022102882-appb-000030
请参考图9-图12，相位不平衡校正前后的解调相位及解调相位差异曲线如图9所示，相位不平衡校正前后的幅度曲线如图10所示，不平衡校正前后的I/Q交会图如图11所示，可以看出校正前为椭圆形，校正后为圆形，不平衡校正前后的I/Q解调背景噪声如图12所示，通过本发明的方法噪声水平降低了60％以上，不平衡校正前后的I/Q解调地震波场如图13所示，通过本发明的方法信噪比提高了3-4倍。
请参考图14，本发明第二方面提供一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正系统，所述不平衡校正系统包括：获取模块，用于获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0和Q 0；直流偏置校正模块，用于对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1；幅度不平衡校正模块，用于利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2；相位不平衡校正模块，用于利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

  1. 一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法，其特征在于，所述方法包括：
    获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0和Q 0；
    对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1；
    利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2；
    利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1，包括：
    根据I/Q信号I 0和Q 0计算对应的直流偏置因子D i和D q；
    利用直流偏置因子D i和D q对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1。
  3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据I/Q信号I 0和Q 0计算对应的直流偏置因子D i和D q，包括：
    根据I/Q信号I 0和Q 0在不同时间点的均值计算对应的直流偏置因子D i和D q。
  4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2，包括：
    利用希尔伯特变换与直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1计算对应的幅度不平衡因子A i和A q；
    根据幅度不平衡因子A i和A q对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2。
  5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用希尔伯特变换与直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1计算对应的幅度不平衡因子A i和A q，包括：
    通过希尔伯特变换计算I/Q信号I 1和Q 1的对应的瞬时振幅；
    根据对应的瞬时振幅在不同时间点的均值计算对应的幅度不平衡因子A i和A q。
  6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3，包括：
    利用希尔伯特变换与幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2计算I/Q信号I 2和Q 2对应的相位ψ i和ψ q；
    根据I/Q信号I 2和Q 2对应的相位ψ i和ψ q计算相位不平衡因子θ；
    根据所述相位不平衡因子θ对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。
  7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用希尔伯特变换与幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2计算I/Q信号I 2和Q 2对应的相位ψ i和ψ q，包括：
    通过I/Q信号I 2和Q 2与希尔伯特变换后对应的I/Q信号的比值的反正切函数求取对应的相位ψ i和ψ q。
  8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据I/Q信号对应的相位ψ i和ψ q计算相位不平衡因子θ，包括：
    利用不同时间点相位ψ q和ψ i的差的均值确定相位不平衡因子θ。
  9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过以下方式根据所述相位不平衡因子θ对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3：
    I 3＝I 2；
    Figure PCTCN2022102882-appb-100001
  10. 一种光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正系统，其特征在于，所述不平衡校正系统包括：
    获取模块，用于获取光纤上各观测点的I/Q信号I 0和Q 0；
    直流偏置校正模块，用于对I/Q信号I 0和Q 0进行直流偏置校正，得到直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1；
    幅度不平衡校正模块，用于利用希尔伯特变换对直流偏置校正后的I/Q信号I 1和Q 1进行幅度不平衡校正，得到幅度不平衡校正后的 I/Q信号I 2和Q 2；
    相位不平衡校正模块，用于利用希尔伯特变换对幅度不平衡校正后的I/Q信号I 2和Q 2进行相位不平衡校正，得到不平衡校正后的I/Q信号I 3和Q 3。
PCT/CN2022/102882 2021-12-30 2022-06-30 光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统 WO2023123968A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22913257.6A EP4343290A1 (en) 2021-12-30 2022-06-30 Quadrature demodulation imbalance correction method and system for distributed fiber acoustic sensing data

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111645744.5A CN116429234A (zh) 2021-12-30 2021-12-30 光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统
CN202111645744.5 2021-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023123968A1 true WO2023123968A1 (zh) 2023-07-06

Family

ID=86997365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2022/102882 WO2023123968A1 (zh) 2021-12-30 2022-06-30 光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4343290A1 (zh)
CN (1) CN116429234A (zh)
WO (1) WO2023123968A1 (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8014444B1 (en) * 2007-10-30 2011-09-06 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. System and method for DC offset, amplitude and phase imbalance correction for I and Q baseband calibration
CN102437983A (zh) * 2011-10-27 2012-05-02 安徽省菲特科技股份有限公司 发射端i/q调制不平衡自校正方法及装置
JP2014053687A (ja) * 2012-09-05 2014-03-20 Nec Corp 無線通信装置、無線通信装置ｉｑインバランス補正制御方法およびそのプログラム
CN104486272A (zh) * 2014-12-08 2015-04-01 大唐移动通信设备有限公司 一种反馈信号的修正方法及装置
CN105610760A (zh) * 2016-01-29 2016-05-25 深圳市极致汇仪科技有限公司 无线综测仪对单载波qpsk信号iq不平衡的检测方法
CN111678584A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 珠海任驰光电科技有限公司 一种带光源频移校准辅助通道的光纤振动测量装置及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8014444B1 (en) * 2007-10-30 2011-09-06 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. System and method for DC offset, amplitude and phase imbalance correction for I and Q baseband calibration
CN102437983A (zh) * 2011-10-27 2012-05-02 安徽省菲特科技股份有限公司 发射端i/q调制不平衡自校正方法及装置
JP2014053687A (ja) * 2012-09-05 2014-03-20 Nec Corp 無線通信装置、無線通信装置ｉｑインバランス補正制御方法およびそのプログラム
CN104486272A (zh) * 2014-12-08 2015-04-01 大唐移动通信设备有限公司 一种反馈信号的修正方法及装置
CN105610760A (zh) * 2016-01-29 2016-05-25 深圳市极致汇仪科技有限公司 无线综测仪对单载波qpsk信号iq不平衡的检测方法
CN111678584A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 珠海任驰光电科技有限公司 一种带光源频移校准辅助通道的光纤振动测量装置及方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BING XU, CHEN TIANGUO: "Influence and Correction of Quadrature Modulation and Demodulation Non-ideal Characteristics on Digital Predistortion", SCIENCE AND TECHNOLOGY CONSULTING HERALD, vol. 2007, no. 5, 11 February 2007 (2007-02-11), pages 52 - 53, XP093074530, DOI: 10.16660/j.cnki.1674-098x.2007.05.040 *
GANG LU, LV YOU-XIN: "Calibration of Amplitude and Phase Inconsistency of I/Q Channels in Wideband Digital Receiver", RADAR SCIENCE AND TECHNOLOGY, vol. 3, no. 4, 30 August 2005 (2005-08-30), pages 244 - 247, XP093074524 *
HIGANG ZHANG, ZHAO YUBIN, XU KAI, ZHENG XIANG, LI ZHENG: "Calibration method and experiment based on I/Q demodulation principle", HE JISHU - NUCLEAR TECHNIQUE., SHANGHAI., CN, vol. 38, no. 3, 10 March 2015 (2015-03-10), CN , pages 7 - 12, XP093074537, ISSN: 0253-3219, DOI: 10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.030102 *
SHIYUAN ZOU, LIU JIUWEN, YANG HUI: "Research of Compensating Zero-IF Modulator IQ Imbalance in Digital Domain", VIDEO ENGINEERING, vol. 37, no. 23, 2 December 2013 (2013-12-02), pages 163 - 166, XP093074534, DOI: 10.16280/j.videoe.2013.23.030 *
YUAN JUN-QUAN, ZHOU YA-QIANG, HUANGFU KAN: "New method for correction of quadrature demodulation errors based on statistic average", SYSTEMS ENGINEERING AND ELECTRONICS, GAI KAN BIANJIBU, BEIJING, CN, vol. 27, no. 7, 20 July 2005 (2005-07-20), CN , pages 1219 - 1221, XP093074527, ISSN: 1001-506X *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4343290A1 (en) 2024-03-27
CN116429234A (zh) 2023-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105157733A (zh) 一种改进的生成载波相位pgc解调方法
CN109855719B (zh) 一种高稳定性干涉型光纤水听器信号解调方法
CN102661782B (zh) 一种超低频振动参数量值的快速测量方法
CN113804404B (zh) 一种用于光频域偏振串音测量的光源扫频非线性校正方法
CN103604444B (zh) 基于正弦波调制及二次谐波检测的光纤环本征频率测量装置及方法
CN104006948B (zh) 基于多峰分裂周期解调保偏光纤偏振耦合点位置的方法
CN103616020B (zh) 基于正弦波调制及一次谐波检测的光纤环本征频率测量装置及方法
WO2023123970A1 (zh) 光纤传感数据的全局相位正交解调方法及装置
CN106895904A (zh) 一种高精度的外差式激光振动校准灵敏度相位测量方法
Hou et al. Reliability demodulation algorithm design for phase generated carrier signal
WO2016101413A1 (zh) 一种误差矢量幅度系列参数确定方法和装置
CN103727901A (zh) 基于波长移相法检测平面间平行度的方法
WO2023123968A1 (zh) 光纤分布式声波传感数据正交解调不平衡校正方法及系统
CN102183249B (zh) 一种光纤陀螺仪的萨格奈克相移跟踪方法
WO2023123972A1 (zh) 光纤传感数据的相干衰落噪声压制方法及装置
CN115333913A (zh) 相位敏感光时域反射计相位解调方法和装置
CN114623921A (zh) 分布式光纤振动传感的解调方法
JP6652840B2 (ja) 超音波流量計
CN108444464A (zh) 一种光纤陀螺仪中的光源相对强度噪声抑制方法
Zhang et al. Realization of high-precision phase generated carrier demodulation algorithm with ellipse fitting algorithm based on FPGA
KR20210024830A (ko) 분포형 음향 센서에서 진동 신호 추출을 위한 위상 검출기 및 위상 검출 방법
Wu et al. Improved differential phase detecting optical fiber interferometer with a low-frequency compensation scheme
CN110133734B (zh) 一种用于核磁共振测井的信号检测方法
US20220236090A1 (en) Signal processing
WO2023123952A1 (zh) 利用das井中地震数据反演地层波阻抗的方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22913257

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022913257

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022913257

Country of ref document: EP

Effective date: 20231219