一种双重傅立叶变换扰动定位方法
【专利摘要】本发明属于光纤检测【技术领域】，具体为一种双重傅立叶变换扰动定位方法。该方法首先获得由一路光电探测或两路光电探测还原的干涉相位信号，将之进行傅立叶变换，由于变换得到的频谱被与扰动位置相关的距离域的频率调制了，因此对信号的频谱再进行傅立叶变换，就可以得到扰动位置。也就是把干涉相位信息从时间域变换到频率域，再从频率域变换到距离域。这种方法可以直观的感受扰动源位置，且寻峰过程十分简便，避免了传统陷波点算法的多重寻峰问题，避免了时延定位方法的迭代步骤，使数据处理更加方便简洁，定位效果更好。本发明特别适用于光纤分布式监测定位系统。
【专利说明】一种双重傅立叶变换扰动定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤分布式扰动监测定位系统中扰动位置的定位方法。适用于分布式测量领域。
【背景技术】
[0002]分布式光纤扰动监测定位系统被广泛地应用于测量中，同时测量信号也被用于对监测目标的特性分析。例如，在石油管线中，利用分布式光纤扰动监测定位系统代替人工巡逻，及时发现偷油，漏油，破坏管线等行为，并精确定位行为发生的位置，智能化管理管线，确保管线安全。在安防领域中，由于光纤的隐蔽性与抗电磁性，分布式光纤扰动监测定位系统十分适合实时监测各类突发事件，且监测成功率较普通光电系统高。
[0003]传统的分布式光纤扰动监测定位系统中的定位算法主要有陷波点法和时间延迟法。陷波点法选取干涉相位信号频谱的单个频率凹陷点或几个频率凹陷点，通过这些频率点的位置与扰动点位置之间的关系进行定位。这种方法主要有两个缺点。一是这些频率点的位置易受其他因素的影响发生偏移，导致定位精度不高；二是多重寻峰算法效果不好，且比较耗时，常常选取错误的凹陷频率，导致最后定位失败。时间延迟法利用构造的两路信号之间的时延差与扰动点距离的关系进行定位，通过恰当方法提取该延时，并利用对应关系转化成定位距离。该方法的主要缺点在于采用迭代算法，导致计算缓慢，对处理设备要求较高，且光路结构复杂。
[0004]在分布式光纤扰动监测定位系统中，扰动信号作用在光纤上，使光纤的折射率等参数产生变化，因此使光纤中传播的光的相位产生额外的变化，产生干涉现象。通过采集一路或两路干涉信号，可以还原出相位差信号。通过原理分析可以推出，该相位差信号不完全等价于扰动信号，尤其是在频域空间中，可以发现，该相位差信号的频谱是原始信号的频谱乘上一个调制因子，该调制因子与扰动点的位置有直接的正比关系。因此可以首先对相位差信号做第一次傅立叶变换得到相位差信号的频谱，使信号从时域空间变换到频域空间，然后对得到的频谱做第二次傅立叶变换，把信号从频域空间变换到距离空间。在距离空间中选取峰值对应的距离即为扰动点的位置。这种方法可以大大减小定位过程中的运算复杂度，且由于利用所有的频谱值，定位精度有大大提高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种运算复杂度低、定位精度的扰动位置信息提取方法，该方法用两次运用频域的方法，将扰动定位系统对信号频谱的调制通过傅立叶变换解调出来，再通过寻找信号的峰谷值发生的位置，得到扰动位置Lx。
[0006]本发明具体的技术方案如下。
[0007]一种双重傅立叶变换扰动定位方法，具体步骤如下:
(I)首先由采集到的光纤上两路干涉信号PIN I和PIN II经过相位还原得到干涉相位差信号Φ(?),将它进行傅立叶变换得到频谱?(F)；(2)再把频谱《(F)进行傅立叶变换，得到最终处理信号Ζ.(?),分别取Ζ'(?)的绝对值、实部、虚部，分别记为I (r) > L (f);再根据Aif)、L (f)信号，取它们
Λ尺IΛK
的峰值对应的时间值&、4 ；根据L1 it)信号，分别取它的峰值和谷值对应的时间，并相加，得到值，最后根据求得扰动定位距离Zz;其中:C是真空中光速，Wej
是光纤的有效折射率，t为不同信号对应的时间值，具体的说，分别为Ta、Tr和T1。
[0008]本发明可提取出扰动源的频谱特性，为对扰动源的特性分析、判断提供了解决方案。
[0009]本发明的有益效果在于:本方法可以直观的感受扰动源位置，只需要进行两次傅立叶变换，且寻峰过程十分简便，避免了传统陷波点算法的多重寻峰问题，避免了时延定位方法的迭代步骤，使数据处理更加方便简洁，定位效果更好。本发明特别适用于光纤分布式监测定位系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明处理得到的信号绝对值特征描述图。
[0011]图2为本发明处理得到的信号实部特征描述图。
[0012]图3为本发明处理得到的信号虚部特征描述图。
[0013]图4是整个发明算法的简单流程图。
[0014]图5是实施例所采用的光路。
[0015]图6是实施例得到的定位效果图。
[0016]图中标号:1为3*3光纤分路器；2为2*2光纤分路器；3为延时光纤,一端与光纤分路器I的Ibl端口相连，另一端与光纤分路器2的2bl端口相连；4是传感光缆，从光纤分路器2的2a端口引出，末端与6相连；5是扰动点作用位置，即为要探测的量；6是反射头。
【具体实施方式】
[0017]图4是整个发明算法的简单流程图。由采集到的两路干涉信号PIN I和PIN II经过相位还原得到干涉相位差信号Φ(?),将它进行傅立叶变换得到频谱《(F),把频谱再经过傅立叶变换，得到最终处理信号i(i),分别取i(i)的绝对值、实部、虚部可以分别得到
Lp)、LP(f)、L+Tif)。射Lp)、ζρ(?)信号，取得它们的峰值对应
λΛ 4
的时间值&、TR ,再转化成距离值，就是扰动定位距离。对于信号，要分别取得它的峰值和谷值对应的时间并相加，即可得到Tt值，通过变换关系，即可得到扰动定位距离。
[0018]为简化分析，假设发生扰动，干涉信号已经过放大或衰减的幅度调理，并由相位还原算法得到相位差信号Φ?,由于光弹效应具有叠加性，故相位差信号可以看作是扰动信号的每个频率光弹效应产生的相位差的和，表示成:
【权利要求】
1.一种双重傅立叶变换扰动定位方法，其特征在于，具体步骤如下: (1)首先由采集到的光纤上两路干涉信号PINI和PIN II经过相位还原得到干涉相位差信号Φ(?),将它进行傅立叶变换得到频谱； (2)再把频谱_(F)进行傅立叶变换，得到最终处理信号i(i),分别取iXi)的绝对值、实 部、虚部，分别记为L (χ—h L (r);再根据4(f)、L (r)信号，取它们的峰值对应的时间值&、& ；根据L1 (f)信号，分别取它的峰值和谷值对应的时间，并相加，得到T1值，最后根据Lx=CtZnefp求得扰动定位距离Lx ;其中:c是真空中光速，nefY是光纤的有效折射 率，t为不同信号对应的时间值，即分别为Ta、Tr和T1。
【文档编号】H04B10/25GK104077267SQ201410304501
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】皮少华, 王冰洁, 贾波, 肖倩 申请人:复旦大学