一種雙重傅立葉變換擾動(dòng)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光纖檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種雙重傅立葉變換擾動(dòng)定位方法。該方法首先獲得由一路光電探測(cè)或兩路光電探測(cè)還原的干涉相位信號(hào)，將之進(jìn)行傅立葉變換，由于變換得到的頻譜被與擾動(dòng)位置相關(guān)的距離域的頻率調(diào)制了，因此對(duì)信號(hào)的頻譜再進(jìn)行傅立葉變換，就可以得到擾動(dòng)位置。也就是把干涉相位信息從時(shí)間域變換到頻率域，再?gòu)念l率域變換到距離域。這種方法可以直觀的感受擾動(dòng)源位置，且尋峰過(guò)程十分簡(jiǎn)便，避免了傳統(tǒng)陷波點(diǎn)算法的多重尋峰問(wèn)題，避免了時(shí)延定位方法的迭代步驟，使數(shù)據(jù)處理更加方便簡(jiǎn)潔，定位效果更好。本發(fā)明特別適用于光纖分布式監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】一種雙重傅立葉變換擾動(dòng)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖分布式擾動(dòng)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)中擾動(dòng)位置的定位方法。適用于分布式測(cè)量領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖擾動(dòng)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于測(cè)量中，同時(shí)測(cè)量信號(hào)也被用于對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的特性分析。例如，在石油管線中，利用分布式光纖擾動(dòng)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)代替人工巡邏，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偷油，漏油，破壞管線等行為，并精確定位行為發(fā)生的位置，智能化管理管線，確保管線安全。在安防領(lǐng)域中，由于光纖的隱蔽性與抗電磁性，分布式光纖擾動(dòng)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)十分適合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類突發(fā)事件，且監(jiān)測(cè)成功率較普通光電系統(tǒng)高。
[0003]傳統(tǒng)的分布式光纖擾動(dòng)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)中的定位算法主要有陷波點(diǎn)法和時(shí)間延遲法。陷波點(diǎn)法選取干涉相位信號(hào)頻譜的單個(gè)頻率凹陷點(diǎn)或幾個(gè)頻率凹陷點(diǎn)，通過(guò)這些頻率點(diǎn)的位置與擾動(dòng)點(diǎn)位置之間的關(guān)系進(jìn)行定位。這種方法主要有兩個(gè)缺點(diǎn)。一是這些頻率點(diǎn)的位置易受其他因素的影響發(fā)生偏移，導(dǎo)致定位精度不高；二是多重尋峰算法效果不好，且比較耗時(shí)，常常選取錯(cuò)誤的凹陷頻率，導(dǎo)致最后定位失敗。時(shí)間延遲法利用構(gòu)造的兩路信號(hào)之間的時(shí)延差與擾動(dòng)點(diǎn)距離的關(guān)系進(jìn)行定位，通過(guò)恰當(dāng)方法提取該延時(shí)，并利用對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化成定位距離。該方法的主要缺點(diǎn)在于采用迭代算法，導(dǎo)致計(jì)算緩慢，對(duì)處理設(shè)備要求較高，且光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0004]在分布式光纖擾動(dòng)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)中，擾動(dòng)信號(hào)作用在光纖上，使光纖的折射率等參數(shù)產(chǎn)生變化，因此使光纖中傳播的光的相位產(chǎn)生額外的變化，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。通過(guò)采集一路或兩路干涉信號(hào)，可以還原出相位差信號(hào)。通過(guò)原理分析可以推出，該相位差信號(hào)不完全等價(jià)于擾動(dòng)信號(hào)，尤其是在頻域空間中，可以發(fā)現(xiàn)，該相位差信號(hào)的頻譜是原始信號(hào)的頻譜乘上一個(gè)調(diào)制因子，該調(diào)制因子與擾動(dòng)點(diǎn)的位置有直接的正比關(guān)系。因此可以首先對(duì)相位差信號(hào)做第一次傅立葉變換得到相位差信號(hào)的頻譜，使信號(hào)從時(shí)域空間變換到頻域空間，然后對(duì)得到的頻譜做第二次傅立葉變換，把信號(hào)從頻域空間變換到距離空間。在距離空間中選取峰值對(duì)應(yīng)的距離即為擾動(dòng)點(diǎn)的位置。這種方法可以大大減小定位過(guò)程中的運(yùn)算復(fù)雜度，且由于利用所有的頻譜值，定位精度有大大提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種運(yùn)算復(fù)雜度低、定位精度的擾動(dòng)位置信息提取方法，該方法用兩次運(yùn)用頻域的方法，將擾動(dòng)定位系統(tǒng)對(duì)信號(hào)頻譜的調(diào)制通過(guò)傅立葉變換解調(diào)出來(lái)，再通過(guò)尋找信號(hào)的峰谷值發(fā)生的位置，得到擾動(dòng)位置Lx。
[0006]本發(fā)明具體的技術(shù)方案如下。
[0007]一種雙重傅立葉變換擾動(dòng)定位方法，具體步驟如下:
(I)首先由采集到的光纖上兩路干涉信號(hào)PIN I和PIN II經(jīng)過(guò)相位還原得到干涉相位差信號(hào)Φ(?),將它進(jìn)行傅立葉變換得到頻譜?(F)；(2)再把頻譜《(F)進(jìn)行傅立葉變換，得到最終處理信號(hào)Ζ.(?),分別取Ζ'(?)的絕對(duì)值、實(shí)部、虛部，分別記為I (r) > L (f);再根據(jù)Aif)、L (f)信號(hào)，取它們
Λ尺IΛK
的峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間值&、4 ；根據(jù)L1 it)信號(hào)，分別取它的峰值和谷值對(duì)應(yīng)的時(shí)間，并相加，得到值，最后根據(jù)求得擾動(dòng)定位距離Zz;其中:C是真空中光速，Wej
是光纖的有效折射率，t為不同信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，具體的說(shuō)，分別為Ta、Tr和T1。
[0008]本發(fā)明可提取出擾動(dòng)源的頻譜特性，為對(duì)擾動(dòng)源的特性分析、判斷提供了解決方案。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本方法可以直觀的感受擾動(dòng)源位置，只需要進(jìn)行兩次傅立葉變換，且尋峰過(guò)程十分簡(jiǎn)便，避免了傳統(tǒng)陷波點(diǎn)算法的多重尋峰問(wèn)題，避免了時(shí)延定位方法的迭代步驟，使數(shù)據(jù)處理更加方便簡(jiǎn)潔，定位效果更好。本發(fā)明特別適用于光纖分布式監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明處理得到的信號(hào)絕對(duì)值特征描述圖。
[0011]圖2為本發(fā)明處理得到的信號(hào)實(shí)部特征描述圖。
[0012]圖3為本發(fā)明處理得到的信號(hào)虛部特征描述圖。
[0013]圖4是整個(gè)發(fā)明算法的簡(jiǎn)單流程圖。
[0014]圖5是實(shí)施例所采用的光路。
[0015]圖6是實(shí)施例得到的定位效果圖。
[0016]圖中標(biāo)號(hào):1為3*3光纖分路器；2為2*2光纖分路器；3為延時(shí)光纖,一端與光纖分路器I的Ibl端口相連，另一端與光纖分路器2的2bl端口相連；4是傳感光纜，從光纖分路器2的2a端口引出，末端與6相連；5是擾動(dòng)點(diǎn)作用位置，即為要探測(cè)的量；6是反射頭。

【具體實(shí)施方式】
[0017]圖4是整個(gè)發(fā)明算法的簡(jiǎn)單流程圖。由采集到的兩路干涉信號(hào)PIN I和PIN II經(jīng)過(guò)相位還原得到干涉相位差信號(hào)Φ(?),將它進(jìn)行傅立葉變換得到頻譜《(F),把頻譜再經(jīng)過(guò)傅立葉變換，得到最終處理信號(hào)i(i),分別取i(i)的絕對(duì)值、實(shí)部、虛部可以分別得到
Lp)、LP(f)、L+Tif)。射Lp)、ζρ(?)信號(hào)，取得它們的峰值對(duì)應(yīng)
λΛ 4
的時(shí)間值&、TR ,再轉(zhuǎn)化成距離值，就是擾動(dòng)定位距離。對(duì)于信號(hào)，要分別取得它的峰值和谷值對(duì)應(yīng)的時(shí)間并相加，即可得到Tt值，通過(guò)變換關(guān)系，即可得到擾動(dòng)定位距離。
[0018]為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)發(fā)生擾動(dòng)，干涉信號(hào)已經(jīng)過(guò)放大或衰減的幅度調(diào)理，并由相位還原算法得到相位差信號(hào)Φ?,由于光彈效應(yīng)具有疊加性，故相位差信號(hào)可以看作是擾動(dòng)信號(hào)的每個(gè)頻率光彈效應(yīng)產(chǎn)生的相位差的和，表示成:

【權(quán)利要求】
1.一種雙重傅立葉變換擾動(dòng)定位方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)首先由采集到的光纖上兩路干涉信號(hào)PINI和PIN II經(jīng)過(guò)相位還原得到干涉相位差信號(hào)Φ(?),將它進(jìn)行傅立葉變換得到頻譜； (2)再把頻譜_(F)進(jìn)行傅立葉變換，得到最終處理信號(hào)i(i),分別取iXi)的絕對(duì)值、實(shí) 部、虛部，分別記為L(zhǎng) (χ—h L (r);再根據(jù)4(f)、L (r)信號(hào)，取它們的峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間值&、& ；根據(jù)L1 (f)信號(hào)，分別取它的峰值和谷值對(duì)應(yīng)的時(shí)間，并相加，得到T1值，最后根據(jù)Lx=CtZnefp求得擾動(dòng)定位距離Lx ;其中:c是真空中光速，nefY是光纖的有效折射 率，t為不同信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，即分別為Ta、Tr和T1。
【文檔編號(hào)】H04B10/25GK104077267SQ201410304501
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】皮少華, 王冰潔, 賈波, 肖倩 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)