[发明专利]一种单数据通道多光路并行传感方法及系统

权利要求书

1.一种单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，所述单数据通道多光路并行传感方法包括：

测量光纤传感网络中每根传感光纤在无外界环境参量变化条件下的参考瑞利散射信号，具体包括：针对任一传感光纤，将频率线性调谐的激光入射至所述传感光纤中，探测不同频率变化下的背向瑞利散射信号，得到背向瑞利散射的频域信号的振幅和相位信息；对所述频域信号进行快速傅里叶变换，得到背向瑞利散射的时域信号；根据光在光纤中传播的群速度，将所述时域信号换算到距离域，得到所述传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号；所述参考瑞利散射信号为各传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号；所述光纤传感网络中包括多根传感光纤；

通过单个数据通道测量所述光纤传感网络在外界环境参量变化情况下的目标瑞利散射信号；所述目标瑞利散射信号中包括各传感光纤随空间距离分布的目标离散背向瑞利散射信号；

分别对所述目标瑞利散射信号与各传感光纤的参考瑞利散射信号进行分布式互相关计算，确定各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量；

根据各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，确定对应空间位置处的环境参量的变化情况。

2.根据权利要求1所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，采用以下公式，确定第i根光纤的背向瑞利散射的频域信号：

其中，E_i(ω)为第i根光纤的背向瑞利散射的频域信号，ω为激光频率，E₀为入射电场，L为传感光纤的长度，z为空间距离，κ_i(z)为第i根光纤随空间距离分布的连续的散射截面，k(ω)为色散关系，j为虚数单位。

3.根据权利要求2所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，采用以下公式，确定第i根传感光纤的背向瑞利散射的时域信号：

其中，为第i根传感光纤的背向瑞利散射的时域信号，E₀为入射电场，c为真空中的光速，n_g为群折射率，t为时间，j为虚数单位，γ为代表色散的常量。

4.根据权利要求3所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，采用以下公式，确定第i根传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号：

其中，为第i根传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号，N为不同频率下的频域信号的总数，I_i,n为采集到的离散的随频率变化的强度阵列，j为虚数单位，m为离散瑞利散射信号中的点。

5.根据权利要求4所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，采用以下公式，确定目标瑞利散射信号：

其中，为目标瑞利散射信号，为第i根传感光纤随空间距离分布的目标离散背向瑞利散射信号。

6.根据权利要求1所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，所述环境参量为应变变化或温度变化。

7.根据权利要求1所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，所述分别对所述目标瑞利散射信号与各传感光纤的参考瑞利散射信号进行分布式互相关计算，确定各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，具体包括：

针对任一传感光纤，根据单位长度，将所述光纤传感网络的目标瑞利散射信号分为多个目标散射信号；

根据单位长度，将所述传感光纤的参考瑞利散射信号分为多个参考散射信号；所述目标散射信号的数量与所述参考散射信号的数量相同；

针对任一目标散射信号，分别对所述目标散射信号及对应空间位置的参考散射信号进行快速傅里叶逆变换，得到目标局部光谱及参考局部光谱；

对所述目标局部光谱与所述参考局部光谱进行互相关计算，得到峰值偏移量；

根据所述峰值偏移量，确定对应空间位置处局部光谱的频谱偏移量。