[发明专利]一种基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统

权利要求书

1.一种基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统，其特征在于，包括Φ-OTDR系统主机和光缆；

所述Φ-OTDR系统主机与光缆连接，用于发出脉冲光信号注入到光缆，并对光缆中反射回的瑞利散射相干光进行处理，获得列车运行的实时位置信息和速度信息。

2.根据权利要求1所述的基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统，其特征在于，所述Φ-OTDR系统主机包括激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、可调谐衰减器、环形器、光电探测器以及处理器；

所述激光器用于发射连续光，输出给声光调制器；其中，激光器为超窄线宽激光器，其线宽小于3KHz；

所述声光调制器用于将所述连续光调制成脉冲光信号；其中，声光调制器为高消光比声光调制器，其消光比大于50dB；

所述掺铒光纤放大器用于对所述脉冲光信号进行放大；

所述带通滤波器用于对掺铒光纤放大器输出的脉冲光信号进行滤波；

所述可调谐衰减器用于调整收到的脉冲光信号的功率；

所述环形器用于将可调谐衰减器输出入的脉冲光信号注入到光缆，光在光缆中发生瑞利散射，并接收光缆中反射回的相干光，输出给光电探测器；

所述光电探测器用于将所述瑞利散射相干光转化为电信号，输出给处理器；

所述处理器用于对所述电信号进行信号处理，获得列车运行的实时位置信息和速度信息。

3.根据权利要求2所述的基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统，其特征在于，所述处理器具体用于：一、根据原始瑞利散射曲线，光缆上每个空间点都有一个随时间变化的信号X_s(t)，其中，X_s(t)表示光缆上离列车指挥调度中心距离为s的振动信号；二、对每个空间点的信号X_s(t)加宽度为T_w的时间窗，接着对每个时间窗内的信号做小波变换、阈值降噪，并对重构的信号求均方根，得到该时间窗内信号的振动水平，进而得到每个时间点上光缆不同位置的振动信号为Y_T(s)，其中Y_T(s)表示T时刻光缆所有位置的振动信号；此时定位周期为T_l＝T_p*T_w，其中T_l表示定位周期，T_p表示脉冲重复周期，T_w表示时间窗。三、对Y_T(s)做峰值检测得到突变沿位置，从而得到该时间点振动列车的位置，其中上升沿和下降沿将分别对应列车的车头位置和车尾位置；对一段时间内的各时间点分析，得到该时段内列车的位置-时间关系；四、对列车的位置-时间关系求斜率，获得到各个时间点列车运行的实时速度。

4.根据权利要求1至3之一所述的基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统，其特征在于，所述Φ-OTDR系统主机安装在列车指挥调度中心的监控室中；所述光缆沿着轨道铺设，埋在轨道正下方的土壤中。

5.根据权利要求4所述的基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统，其特征在于，所述光缆选用单模光纤光缆。