[发明专利]优化变分模态分解的分布式光纤声传感系统的信号处理方法

权利要求书

1.一种优化变分模态分解的分布式光纤声传感系统的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1、分布式光纤声传感系统对传感光纤发射探测光脉冲，对传感光纤沿线的声振信息进行实时定量监测，并获取原始声振信号S(p,q)，其中p为获取脉冲个数，q为光纤沿线声振信号获取段数；

步骤s2、对步骤s1获取的原始声振信号S(p,q)按照光纤沿线长度分段S(p,i)，1≤i≤q，进行优化变分模态分解处理，并记录存在故障全部段数；

步骤s3、输出步骤s2记录的存在故障全部段数，并实时判别和定位。

2.如权利要求1所述优化变分模态分解的分布式光纤声传感系统的信号处理方法，其特征在于：

所述步骤s2具体内容如下：

步骤s21、通过对步骤s1采集数据的变分模态分解分析，根据变分模态分解结果确定变分模态分解的最佳分解层数K与惩罚因子α；

步骤s22、通过希尔伯特Hilbert变换计算每个数组S(p,i)的解析信号，各解析信号分别与预估中心频率e^jωkt相乘，将每个模态的频谱调制到相应的基频带得到的各个模态解调信号；

步骤s23、计算步骤s22得到的各个模态解调信号的梯度的平方L²范数，根据约束变分模型估计出各个模态解调信号的带宽，受约束的变分模型表达式为：

其中，δ(t)表示狄利雷克分布函数，*表示卷积，{μ_k}＝{μ₁,μ₂,…,μ_k}表示K个模态解调信号，{ω_k}＝{ω₁,ω₂,…,ω_k}代表每个模态解调信号的中心频率，S为原始信号，t为时间；

步骤s24、引入α和拉格朗日Lagrange乘法算子λ，将约束性变分问题变为非约束性变分问题，扩展的Lagrange表达式为：

式中，λ(t)是严格约束条件；

步骤s25、利用交替方向乘子算法求解，通过交替更新和λⁿ⁺¹来求解扩展Lagrange表达式的鞍点最小值，最优解为各本征模态分量IMFs及中心频率相应的变量，更新表达式分别为：

其中，∧表示傅里叶变换，n为迭代次数，τ为保真系数；

在迭代求解过程中各IMFs的频率及带宽不断更新，直至满足迭代停止条件结束整个循环，最终根据实际信号的频域特征完成分割，并通过傅里叶逆变换将转为时域IMFs；

步骤s26、判断每个数组S(p,i)中是否存在故障并记录存在故障段数，循环直至判断全部光纤沿线段数q时结束。