專利名稱：一種相敏光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法
技術領域：
本發(fā)明涉及周界安防、長輸管道及大型結構安全監(jiān)測領域，具體涉及一種相位敏感光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法。
背景技術：
國防、軍事、民用設施及人民生命財產的安全是關系國計民生的大事，因此我國在周界安防、長輸管道安全、大型結構健康監(jiān)測等領域有重大需求。相敏光時域反射儀(Phase-sensitive optical time domain reflectometry, Φ-OTDR)是一種典型全分布式光纖傳感技術，靈敏度高，全程無源，可連續(xù)感知傳輸路徑上應變、振動等動態(tài)參數的空間分布和時間變化信息，由于探測距離和多點同時定位能力顯著優(yōu)于其他干涉型技術，常作為長距離圍欄技術應用的首選，在周界安防、長輸油氣管道及大型結構的安全監(jiān)測等領域發(fā)揮重要作用。然而，與其他干涉型高靈敏光纖檢測系統(tǒng)類似，在實際應用中Φ-OTDR對氣候變化、空氣流動、聲音和機械振動等背景噪聲也同時敏感，目前基于光時域反射橫向空間信號的檢測與定位方法，只能判斷擾動有無和位置，無法確知擾動信號的類型，如背景噪聲或干擾，還是真實擾動入侵信號，誤報頻繁，無法滿足實際應用要求。而結合空間上各點的縱向時間信號進行檢測，可以根據不同類型信號隨時間變化的特征差異，對各種誤報進行分辨和排除，是有效降低系統(tǒng)誤報率，提高信號正確檢測與識別率的一種有效途徑。然而，從時間序列信號來看，Φ-OTDR傳感信號中系統(tǒng)自身的相位噪聲起伏波動大，真實的擾動信號幾乎被淹沒于這種背景噪聲中，加上實際應用環(huán)境復雜，空氣流動、聲音等各種時變干擾噪聲的非線性混疊，直接進行檢測與識別也會產生較高的誤報率。因此實際應用中Φ-OTDR傳感信號中背景噪聲分離與真實擾動信號的提取，是準確檢測和識別的前提，是Φ-OTDR也是干涉型光纖檢測系統(tǒng)普遍存在的難題，成為制約其在實際應用中發(fā)揮作用的關鍵，直接決定系統(tǒng)的應用前景。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種相位敏感光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法，解決現(xiàn)有系統(tǒng)傳感信號信噪比較低，對外界環(huán)境各種干擾敏感，同時光學系統(tǒng)受環(huán)境溫度等因素影響不可避免的頻漂現(xiàn)象帶來的相位噪聲導致接收的信號起伏波動大，造成真實擾動入侵檢測困難，系統(tǒng)虛警率和誤報率偏高的問題。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:一種相位敏感光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法，利用小波變換多尺度分解和選擇性重組，對起伏的相位背景噪聲和特定時變干擾成分如聲波擾動等進行分離，提取出真實的擾動入侵信號，并對真實的擾動入侵信號提取能量特征進行空間檢測與定位，包括以下步驟:
(1)對接收的橫向空間信號進行時間累積，得到空間上各點的縱向時間序列信號；
(2)對空間上某點的縱向時間序列信號進行小波多尺度分解；(3)對小波多尺度分量進行選擇重組對背景噪聲和復雜時變干擾分別進行分離，同時提取真實的擾動入侵信號；
(4)針對真實的擾動入侵信號提取其能量特征，將空間所有點噪聲分離后的信號能量特征構成隨空間分布的特征曲線，根據此特征曲線進行空間檢測與定位。上述方案中，所述步驟I中所述橫向空間信號由相敏光時域反射儀提供，所述相敏光時域反射儀以周期觸發(fā)脈沖作為一個信號采集單元，觸發(fā)頻率為
y，觸發(fā)周期為T= j/j，該時間單元2內采集的信號是相敏光時域反射儀光時域反射信
號，映射了監(jiān)測距離內光信號在所有空間點的分布信息；
采集脈沖周期觸發(fā)，隨空間分布的光信息被周期性地采集刷新；
設第1:個采集脈沖周期內接收的散射相干光沿光纖線路的光強分布信息，為
權利要求
1.一種相敏光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法,其特征在于,包括以下步驟: (1)對接收的橫向空間信號進行時間累積，得到空間上各點的縱向時間序列信號； (2)對空間上某點的縱向時間序列信號進行小波多尺度分解； (3)對小波多尺度分量進行選擇重組對背景噪聲和復雜時變干擾分別進行分離，同時提取真實的擾動入侵信號； (4)針對真實的擾動入侵信號提取其能量特征，將空間所有點噪聲分離后的信號能量特征構成隨空間分布的特征曲線，根據此特征曲線進行空間檢測與定位。
2.根據權利要求1所述的一種相敏光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法，其特征在于，所述步驟I中所述橫向空間信號由相敏光時域反射儀提供，所述相敏光時域反射儀以周期觸發(fā)脈沖作為一個信號采集單元，觸發(fā)頻率為/，觸發(fā)周期為T= Yj，該時間單元內采集的信號是相敏光時域反射儀光時域反射信號，映射了監(jiān)測距離內光信號在所有空間點的分布信息； 采集脈沖周期觸發(fā)，隨空間分布的光信息被周期性地采集刷新； 設第i個采集脈沖周期內接收的散射相干光沿光纖線路的光強分布信息，為
3.根據權利要求2所述的一種相敏光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法，其特征在于，以空間點的縱向時間序列信號，
4.根據權利要求3所述的一種相敏光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法，其特征在于，將小波分解的多尺度分量，進行選擇性重組，a5為分離的背景噪聲，d4+d5為分離的聲波及其他時變擾動信號，而dl+d2即為提取出的真實的擾動入侵信號，分別記為
5.根據權利要求4所述的一種相敏光時域反射儀傳感信號噪聲分離及信號提取方法，其特征在于，對真實的擾動入侵信號
全文摘要
本發(fā)明公開了一種相敏光時域反射儀(Φ-OTDR)傳感信號噪聲分離及信號提取方法，以相敏光時域反射儀空間各點的縱向時間序列信號作為處理對象，利用小波變換對時間序列信號進行多尺度分解，對各尺度分量信號進行分析和選擇性重組，對起伏背景噪聲和聲波等時變干擾信號進行分離，提取真實的擾動入侵信號，不僅能夠抑制起伏波動的背景噪聲，而且避免其他復雜時變干擾噪聲的影響，能夠有效提高入侵檢測的正確率，降低系統(tǒng)虛警率，提高基于相敏光時域反射儀的入侵監(jiān)測系統(tǒng)在實際復雜噪聲環(huán)境中的檢測性能，能夠滿足國家在周界安防、長輸管道安全、大型結構健康監(jiān)測等方面的重大應用需求。
文檔編號H04B10/071GK103196465SQ20131012462
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權日2013年4月11日
發(fā)明者吳慧娟, 李小玉, 彭正譜, 饒云江 申請人:電子科技大學