[发明专利]一种基于空分复用的Φ-OTDR系统中降低死区概率的方法

说明书

本发明公开了一种基于空分复用的Φ‑OTDR系统中降低死区概率的方法，包括：将中频信号等分成N组数据，依次编号且偶数段倒转，获得首尾对齐的N组数据并进行正交解调，解调幅度和相位信息；选取N组数据中同一位置下幅度最大的一组并记录其编号作为选取相位的寻址信息；将N组数据的相位信息对相邻两列数据进行差分，得到相邻两列在每一位置的相位变化量矩阵；根据寻址信息，获得每一距离长度下相邻两列相位差并将相位差与上一位置的相位相加，得到距离长度下修正后的相位信息；对修正后的相位信息矩阵根据实际需求，选取合适距离做相位差并解缠绕后得到光缆沿线实际的振动信息。本发明可通过对每一位置处的相位进行选择重构，降低解相错误的概率。

技术领域

本发明涉及一种基于空分复用的Φ-OTDR系统中降低死区概率的方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

相位敏感光时域反射技术（Φ-OTDR）是一种新型的分布式光纤传感技术，具有高灵敏度、响应速度快和分布式传感的特点，能够实现微弱振动事件的检测和动态监测，因此在大型结构健康监测、周界安防和管道安全检测等领域有广泛的应用前景。Φ-OTDR是利用光脉冲的后向瑞利散射光的相干衰落现象进行传感，采用窄线宽激光光源，光源具有高相干性，产生的后向散射信号会发生相干衰落，即相干瑞利噪声。当光纤受到扰动时，背向散射光的相位产生变化，使得干涉光光强发生波动，通过检测这种波动，实现对事件的定位和区分。

Φ-OTDR对应于脉冲宽度的光纤长度范围内，折射率随机分布，瑞利散射互相干涉，导致空间上产生随机分布的干涉信号。由于相干衰落，在某些位置信号幅度很低甚至接近于零，此时信号会淹没在噪声中，相位解调会产生较大误差，从而出现探测死区，降低事件探测灵敏度，影响系统工作的可靠性。因此，为提高系统可靠性，研究如何降低Φ-OTDR中死区出现的概率是十分重要的。

为减轻干涉衰落影响， 2013年周俊等人发表了《基于多频综合鉴别系统中干涉衰落假信号的相位解调技术》。文章中在相干探测结构的AOM前引入相位调制器，采用了一种基于多频综合判决的方法，提高相位解调的准确性。2016年梁生等人在《基于空间域差分的Φ-OTDR光纤分布式扰动传感器定位方法研究》一文中提出在空间域对探测光强进行差分处理，与现有时域定位方法相结合，通过在时域和空域分别设置报警阈值，抑制偏振衰落导致的漏报。2018年齐蒙等人在《基于Φ-OTDR的光纤分布式振动传感器的研究及改进》中介绍了一套基于Φ-OTDR的DVS系统的新的相位解调算法用于消除衰落噪声和提高信噪比。2018年，南京大学张益昕、周桐等人在专利申请名称为一种相位敏感光时域反射系统中降低探测死区的信号处理方法，申请号为2018109795040的文件中，采用新的解调方法用于降低幅度最大值落入探测死区的概率，保证鉴相结果的信噪比。目前，仍缺少在相干瑞利噪声中提取正确相位信息，降低死区出现概率的有效、简单的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于空分复用的Φ-OTDR系统中降低死区概率的方法，解决在相干瑞利噪声中提取正确相位信息，降低死区出现概率的问题。本发明通过空分复用的方式降低Φ-OTDR系统探测结果落入死区的概率。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于空分复用的Φ-OTDR系统中降低死区概率的方法，本方法基于多芯光纤或光缆,且各芯之间采用首尾相串联方式，包括以下步骤：

步骤1、通过相干探测获得后向散射光和本征光的拍频信号；根据声光调制器的移频大小，对拍频信号进行带通滤波获得中频信号；

步骤2、将中频信号沿距离轴等切分成N组数据，对N组数据依次编号且对其中的偶数段数据进行倒转，获得首尾对齐的N组数据并对其进行正交解调，解调出N组数据的幅度和相位信息；

步骤3、沿距离轴比较相同时刻下N组数据的幅度变化情况，在设定距离长度下选取N组数据中同一位置下幅度最大的一组并记录其编号作为选取相位的寻址信息；