[发明专利]分布式光纤振动传感的解调方法

说明书

一种分布式光纤振动传感的解调方法，包括：将脉冲光输入至光纤中得到的瑞利散射光和参考光发生拍频，得到待解调信号；对待解调信号进行正交解调处理及滤波处理，得到光纤上对应于第k个脉冲的第a个采样点的I信号和Q信号根据I信号Q信号和标距窗口，得到对应于第k个脉冲的第a个采样点的归一化I信号和归一化Q信号获取对应于第确定第a个采样点的相对相位将第a个至第a+M‑1个采样点的相对相位之和与第a+N个至第a+M+N‑1个采样点的相对相位之和做差，得到时间和空间分辨的相对相位M≥1，N≥1；对时间和空间分辨的相对相位进行相位解缠绕。

技术领域

本发明属于分布式光纤声波传感领域，特别涉及分布式光纤振动传感的解调方法。

背景技术

由于光纤存在不均匀的固有缺陷，激光在光纤中传播时会产生瑞利散射，由于弹光效应，当外界振动(例如声波)作用于光纤时，光纤的折射率和长度都将产生微小变化，进而使得瑞利散射光的强度和相位发生变化。通过对瑞利散射光的强度和相位进行解调就可以获得光纤沿线的振动和声波的信息。由于散射光强度与外界振动并不是呈单调变化的，解调强度只能用于定性检测，无法定量准确反映外界的振动信号。相比而言，散射光的相位变化与外界扰动大小呈线性关系，因此通过解调相位可以定量重建外界扰动信息。在分布式光纤传感领域，基于相位敏感的分布式光纤声波传感技术(DAS)具有灵敏度高、准确还原外界振动等特点，同时具有探测距离长、分布式、且不易受电磁干扰等优势，已经在周界入侵安防监测，如铁路和管道等入侵，以及结构健康安全监测，如山体滑坡监测预警等领域具有重要的工程应用。近些年来分布式光纤声波传感技术凭借其定量重建振动波形和观测密度高等诸多优势，也引起了天然地震学界的关注，并且在地震探测和地下空间结构成像研究等方面取得一定的应用发展。

基于相位敏感的分布式光纤声波传感技术(DAS)的基本原理如下：

该技术使用的光纤为单模光纤，当单模光纤受到外界振动和声波等作用时，会产生轴向的伸缩，进而会使单模光纤的长度和折射率发生改变。当激光在光纤中传播时，其强度和相位也会随之发生变化。DAS技术就是通过解调出后向散射光的相位变化来实现对于振动(例如声波)信号的探测。

精确解调相位是DAS技术的关键点和难点，其中最大的挑战就是如何解决干涉衰落问题，已有技术解决方案存在牺牲采样性能且增加成本的不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分布式光纤振动传感的解调方法，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种分布式光纤振动传感的解调方法，包括：

将脉冲光输入至光纤中得到的瑞利散射光和参考光发生拍频，得到待解调信号，其中，光纤上被施加有外界振动，脉冲光是对信号光进行调制得到的，信号光和参考光由一束激光分束得到；

对待解调信号进行正交解调处理及滤波处理，得到光纤上对应于第k个脉冲的第a个采样点的I信号和Q信号a≥1，k≥1；

根据I信号Q信号和标距窗口，得到对应于第k个脉冲的第a个采样点的归一化I信号和归一化Q信号归一化I信号和归一化Q信号用于确定对应于第k个脉冲的第a个采样点的相位其中，标距窗口的宽度根据脉冲光的宽度获得，每个标距窗口包括P个采样点，P≥2；

确定第a个采样点的相对相位第a个采样点的相对相位为第a个采样点在相邻脉冲的相位差；

将第a个至第a+M-1个采样点的相对相位之和与第a+N个至第a+M+N-1个采样点的相对相位之和做差，得到时间和空间分辨的相对相位M≥1，N≥1；

对时间和空间分辨的相对相位进行相位解缠绕，得到采样点a的相位，采样点a的相位用于得到外界振动的信息。

根据本发明的实施例，根据I信号Q信号和标距窗口，得到对应于第k个脉冲的第a个采样点的归一化I信号和归一化Q信号包括：