能够确定 油气管道已经被破坏的信号，例如数字信号处理器根据第一光纤传感器单元传回的混合光 信号和第一麦克风传回的环境噪声信号输出的信号为有用信号，则光纤预警系统能够根据 该有用信号确定第一光纤传感器单元所在的位置为第一位置，也即确定出油气管道发生破 损的位置。
[0035] 需要说明的是，在本实施例中，对光纤传感器单元和麦克风的灵敏度等参数不做 限制，在实际应用中，本领域所属的技术人员能够选择合适的光纤传感器与麦克风，以满足 实际情况的需求，在此就不再赘述了。
[0036] 在本实施例接下来的部分中，将根据图1和图2,详细介绍本实用新型实施例中对 混合光信号和噪声信号的处理过程，以及如何提高在确定油气管道被破坏的位置时所采集 的信号中信噪比的过程。
[0037] 请继续参考图1，如图1所示，自适应噪声抵消装置可以包括信号输入部分、信号 处理部分和信号输出部分。
[0038] 请继续参考图1，信号输入部分由主通道和参考通道构成，主通道和参考通道对信 号的处理过程分别如下：在主通道中，混合光信号接口接收所述光纤预警系统中光纤传感 器单元采集的混合光信号，混合光信号中包括监测油气管道是否正常的有用信号与环境噪 声信号，接着将混合光信号送入光电转换单元中转换为混合电信号，然后将其送入自适应 滤波器中，根据自适应滤波器的自适应特性来保证滤波器的滤波效果，去除混合电信号中 因光纤传感器单元采集时或混合电信号在传输过程中产生的噪声，再通过第一模数转换单 元转换为混合数字信号，最后将混合数字信号送入数字信号处理器中；在参考通道中，噪声 信号接口接收与光纤传感器单元对应的麦克风采集到的环境噪声信号，该环境噪声信号中 也会包括麦克风在采集时或该环境噪声信号在传输过程中产生的噪声，并将其输入到低通 滤波器中，由低通滤波器去除环境噪声信号中的噪声，环境噪声的频率一般较低，通过低通 滤波器能够较好地对环境噪声信号中高于预设频率的信号（这部分信号在环境噪声信号 中即为噪声）进行衰减，继而去除环境噪声信号中的噪声，最后将去除了噪声的环境噪声 信号送入数字信号处理器中。
[0039] 可以看出，在上述过程中，在信号输入部分即对混合光信号和环境噪声信号分别 进行了滤波处理，保证了输入到数字信号处理器中的两个信号的纯净，继而为数字信号处 理器输出的结果的精确性提供了有力地保障。
[0040] 信号处理部分包括数字信号处理器，数字信号处理器可以采用改进后的归一化LMS(英文：leastmeansquare;中文：最小均方算法）算法作为混合数字信号和噪声数字 信号的处理算法，该算法可以看作是时变步长参数的LMS算法。该算法具体为：时刻根据滤 波器的输入x(n)来时刻调整算法的步长y(n)，x(n)与稳态误差成正比，y(n)则与稳态 误差成反比，随着输入x(n)的逐渐增大，滤波器的稳态误差也会逐渐增大，此时需要通过 调整步长y(n)来减小稳态误差。归一化LMS算法是通过输入向量x(n)的平方欧氏范数 对步长u进行"归一化"。归一化LMS算法的变步长y的公式为 剛
(1)
[0042] 式中y$算法所取的初始步长，由于
其中XM!^x(n) 的自相关矩阵特征值的最大值，则
在此范围内算法一定收敛。式中用输 入x(n)的平方欧式范数即二范数去除算法的初始步长yl，随着输入的增大，变步长y(n) 逐渐的减小，算法的稳态误差也相应逐步减小，具有很快的收敛速度和更小的稳态误差。
[0043] 通过上述部分可以看出，由于数字信号处理器中采用的算法需要计算的函数简 单，无需进行矩阵运算，运算速度快，精度高，从而进一步提高了在确定油气管道被破坏的 位置时所采集的信号的信噪比，从而保证了光纤预警系统中定位单元能够精确地定位噪声 源，维护油气管道安全，避免虚警率过高。
[0044] 信号输出部分包括数字信号处理器的输出接口，其能够将数字信号处理器从混合 数字信号中去除环境噪声信号而获得的有用信号输出到光纤预警系统中的定位单元中，使 得定位单元能过根据该有用信号定位噪声源，在此就不再赘述了。
[0045] 当然，在实际应用中，根据光纤预警系统中定位单元所使用的信号的类型不同，可 以再输出接口和定位单元之间设置数模转换器等设备，以满足实际情况的需求，在此就不 再赘述了。
[0046] 本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优 占.
[0047] 1、由于采用了先对混合光信号送入自适应滤波器进行滤波处理，再送入数字信号 处理器中进行处理的技术方案，提高了混合光信号的信噪比，为光纤预警系统精确地确定 信号源提供了有力地保障。
[0048] 2、由于采用了数字信号处理器根据环境噪声信号对混合光信号进行处理，需要计 算的函数简单，无需进行矩阵运算，运算速度快，精度高，从而进一步提高了在确定油气管 道被破坏的位置时所采集的信号的信噪比，从而保证了光纤预警系统中定位单元能够精确 地定位噪声源，维护油气管道安全，避免虚警率过高。
[0049] 显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用 新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及 其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种应用于光纤预警系统中的自适应噪声抵消装置，其特征在于，包括： 混合光信号接口，用于接收所述光纤预警系统中光纤传感器单元采集的混合光信号； 光电转换单元，与所述混合光信号接口相连，用于将所述混合光信号转换为混合电信 号； 自适应滤波器，与所述光电转换单元相连，用于对所述混合电信号进行滤波处理，获得 处理后的混合电信号； 第一模数转换单元，与所述自适应滤波器相连，用于将所述处理后的混合电信号转换 为混合数字信号； 噪声信号接口，用于接收与所述光纤传感器单元对应的麦克风采集的环境噪声信号； 第二模数转换单元，与所述噪声信号接口相连，用于将所述环境噪声信号转换为环境 噪声数字信号； 数字信号处理器，分别与所述第一模数转换单元和所述第二模数转换单元相连，用于 根据所述环境噪声数字信号对所述混合数字信号进行处理，以去除所述混合数字信号中的 环境噪声。2. 如权利要求1所述的自适应噪声抵消装置，其特征在于，所述自适应噪声抵消装置 还包括低通滤波器，所述低通滤波器设置于所述噪声信号接口和所述第二模数转换单元之 间，用于对所述环境噪声信号进行滤波处理。3. 如权利要求1所述的自适应噪声抵消装置，其特征在于，所述数字信号处理器还包 括一输出接口，所述输出接口与所述光纤预警系统中的定位单元相连，用于将从所述混合 数字信号中去除噪声而获得的有用信号输出到所述定位单元中，使得所述定位单元根据所 述有用信号定位有用信号源。4. 如权利要求1所述的自适应噪声抵消装置，其特征在于，所述光纤传感器单元具体 为光纤声音传感器和/或光纤振动传感器。5. 如权利要求1所述的自适应噪声抵消装置，其特征在于，所述光电转换单元具体为 光信号-电信号转换器。6. 如权利要求1所述的自适应噪声抵消装置，其特征在于，所述第一模数转换单元具 体为模数转换器。
【专利摘要】本实用新型实施例公开了一种应用于光纤预警系统中的自适应噪声抵消装置，用以解决现有技术中存在的在确定油气管道被破坏的位置时所采集的信号中信噪比特别低的技术问题。本实用新型公开的自适应噪声抵消装置包括混合光信号接口、光电转换单元、自适应滤波器、第一模数转换单元、噪声信号接口、第二模数转换单元和数字信号处理器，提高了混合光信号的信噪比，从而保证了光纤预警系统中定位单元能够根据数字信号处理器输出的信号精确、快速地定位噪声源，维护油气管道安全，避免虚警率过高。
【IPC分类】F17D5/06
【公开号】CN204629114
【申请号】CN201520165833
【发明人】张金权, 焦书浩, 王飞, 刘素杰, 杨依光, 赵锋, 王赢, 杨文明, 厉宇, 李刚, 郭戈, 赵岩, 王磊, 龚礼岳, 赵铁
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气管道局, 中国石油天然气管道通信电力工程总公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月23日