[发明专利]分布式光纤传感系统的远端扰动特征提取方法及系统

说明书

本发明属于分布式光纤传感系统的信号处理技术领域，公开了一种分布式光纤传感系统的远端扰动特征提取方法，包括：对光纤信道内信号瑞利散射谱的距离维区间进行划分，并针对各区间建立相应的字典学习模型，对原有的字典进行学习观测形成多态等效字典；基于多态等效字典，建立在多态等效字典级联下的联合稀疏表示模型，形成多回波散射谱的联合稀疏表示；构建基于多态级联字典的联合优化重构算法，提取远端扰动信号特征。可以解决针对分布式光纤传感系统中远端干扰信号因瑞利散射谱固有衰减而导致的被淹没问题。大大提高了扰动信号特征提取的准确性。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感系统的信号处理技术领域，本发明涉及一种分布式光纤传感系统的远端扰动特征提取方法及系统。

背景技术

光纤传感器凭借其不受电磁干扰、灵活性高以及容易组网的优势，在安防、监测与勘测领域中得到了广泛的应用。分布式光纤传感系统将光纤上的点均作为独立的传感单元，利用相位敏感(OTDR)技术，相比于传统的点式光纤传感系统，在测量范围、测量灵敏度以及响应能力上均有显著的提高。但同样的，分布式光纤传感系统的高灵敏度与快响应速度会造成系统对噪声与环境扰动的敏感性。同时，在长距离传输探测场景下，由于瑞利散射谱自身的衰落特性，将导致远端干扰信号被近端回波信号所淹没，从而影响对干扰信号的准确提取。

申请号201810359506X公开了一种基于扰动信号特征提取的分布式光纤振动传感定位方法及装置，将待检测光缆划分为若干个区间，并在每个区间分别接收振动产生的脉冲峰信号后记录脉冲峰个数，其中，第i帧第j段光缆上的脉冲峰个数记为N(i，j)；分别统计光缆每个区间内脉冲峰个数的平均值和方差；在每个光缆区间内，将所述脉冲峰个数的平均值和方差和预设参数进行比较，根据比较结果确认当前区间的光缆是否存在扰动信号，以此类推，确认所述待检测光缆存在扰动信号的各个区间；获取存在扰动信号的光缆区间，再分别确认所述区间内扰动点位置。该方法基于统计得到，需要有一定量的数据。实际操作繁琐，在数据量较小时，往往无法得到准确的结果。

申请号2017103708538公开了一种相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统快速定位方法，构建多个光脉冲对应的瑞利散射光数字信号矩阵、在信号矩阵上间隔一定长度选择测试窗口和测试列、获得各个测试列的相位、根据相邻测试窗口测试列相位对扰动源区间粗略定位、提取包含扰动源的区间信号进行扰动精确定位。该方法没有解决由于瑞利散射谱自身的衰落特性，导致远端干扰信号被近端回波信号所淹没的技术问题，无法提取得到准确的扰动特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式光纤传感系统的远端扰动特征提取方法及系统，针对不同的瑞利散射谱关注区间，对原有的字典进行学习观测形成多态等效字典，随后基于多态等效字典，建立在多态等效字典级联下的联合稀疏表示模型，形成多回波散射谱的联合稀疏表示，最后，通过优化重构算法完成对远端扰动信号的识别与提取。提高了扰动信号特征提取的准确性。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种分布式光纤传感系统的远端扰动特征提取方法，包括以下步骤：

S01：对光纤信道内信号瑞利散射谱的距离维区间进行划分，并针对各区间建立相应的字典学习模型，对原有的字典进行学习观测形成多态等效字典；

S02：基于多态等效字典，建立在多态等效字典级联下的联合稀疏表示模型，形成多回波散射谱的联合稀疏表示；

S03：构建基于多态级联字典的联合优化重构算法，提取远端扰动信号特征。

优选的技术方案中，所述步骤S01中形成多态等效字典的方法包括：

S11：针对所有的探测距离构造一个本征特征字典：

Ψ＝[ψ₁,ψ₂,…,ψ_L]；

其中，ψ_l表示在第l个探测距离上的单位响应；