[发明专利]一种提升OFDR系统分布式空间分辨率的测量方法

说明书

本发明公开了一种提升OFDR系统分布式空间分辨率的测量方法，首先将传统的一维互相关处理结果信号转化为二维图像信号，在二维图像的基础上通过高斯滤波去噪算法对图像进行去噪处理，再将处理后的图像进行下一步运算，最终得到高空间分辨率的结果。本发明所提出的高斯滤波去噪算法的OFDR传感系统可以提高测量系统的空间分辨率，使其在航天航空、机器设备等高精度监测领域具有更大优势和更广阔的应用。

技术领域

本发明涉及一种提升OFDR系统分布式空间分辨率的测量方法，应用于应变测量领域，提高了系统的空间分辨率，属于光纤传感探测的技术领域。

背景技术

分布式光纤传感中光纤作为传感介质的同时也是测量的传输介质，利用光纤中光波的传输特性，包括拉曼散射、瑞利散射和布里渊散射，实现了沿光纤长度方向对外界环境进行实时监控。分布式光纤传感技术具有抗电磁干扰能力强，结构相对简单，空间分辨率高，传感距离长等优势。基于其上述优势，该技术正被逐渐应用在越来越多的领域，例如检测大桥安全，土木工程的检测，隧道等地下的火灾警报，勘测地质等，在社会建设中发挥着重要的影响。作为分布式光纤传感系统的代表，光频域反射技术(OFDR)具有重量轻、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰性强和空间分辨率高等优点，可以连续测量沿光纤距离上的应变、振动、温度等外界的物理量变化。近些年，随着OFDR技术的发展，也实现了形状传感和声学传感的应用。

OFDR原理为：可调谐激光光源发出的线性扫频光经过耦合器分为两束，一束进入待测光纤，待测光纤的后向瑞利散射光返回形成信号光，与另一束参考光发生拍频干涉。对拍频信号采集并进行快速傅里叶变换处理，就可以得到沿传感光纤构建的距离域信息。在OFDR系统测量中，需要采集一次没有外界影响的参考信号和光纤受影响的测试信号，将测试信号与参考信号进行互相关计算得到外界信息的变化。OFDR系统具有高空间分辨率的特点，其系统空间分辨率可以达到毫米量级，因此其在航天航空等高精度监测领域具有非常重要的应用。然而，当测量空间分辨率提高时，参考信号与测试信号的互相关相关性会极大降低，从而导致互相关结果产生多峰和假峰，得不到正确的结果。因此，如何有效提高 OFDR系统的空间分辨率是一个十分重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种提升OFDR系统分布式空间分辨率的测量方法，此方法可以有效提高系统的空间分辨率。其技术方案为，

一种提升OFDR系统分布式空间分辨率的测量方法，包括以下步骤，

S1.分别采集两次信号，一次为不包含应变信息的信号，为参考信号；另一次为包含应变信息的信号，为测试信号；

S2.将参考信号和测试信号通过快速傅里叶变化映射到距离域上，并取窗口大小C将信号划分为N等分，其中窗口大小C决定了系统的空间分辨率；

S3.对第一份参考信号和测量信号的局部距离域信息进行快速逆傅里叶变化。

S4.对快速逆傅里叶变换后的参考信号和测量信号通过互相关计算得到一维互相关结果；

S5.重复步骤S3-S4，得到光纤每一对应位置的互相关结果，将得到的所有一维互相关结果在光纤距离上重构成二维图像信号，在二维图像的基础上通过高斯滤波去噪算法后对图像进行去噪处理；

S6.将通过高斯滤波去噪算法处理后的图像重新解构得到光纤各位置的光谱偏移量，从而能够得到高空间分辨率下的测量结果，提高测量的准确性。

优选的，利用高斯滤波对步骤S5整幅重构的二维图像进行加权平均，每一个像素点由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到。

优选的，步骤S6中光谱偏移量获得方法为，