一種botdr布里淵散射譜尋峰方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[OOOU 本發(fā)明設(shè)及一種BOTDR布里淵散射譜尋峰方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 布里淵光時(shí)域反射計(jì)炬0TDR)依靠測(cè)量光纖中后向布里淵散射光的布里淵頻移 分布計(jì)算光纖的應(yīng)變分布，脈沖光W-定的頻率自光纖一端入射，入射的脈沖光與光纖中 的聲子發(fā)生相互作用后產(chǎn)生布里淵散射，后向布里淵散射光沿光纖原路返回到入射端。由 于光纖中布里淵散射光頻移與光纖軸向應(yīng)變和溫度間存在線性關(guān)系，因此測(cè)量出光纖的布 里淵散射頻移分布即可計(jì)算出光纖中的應(yīng)變分布。布里淵光時(shí)域反射計(jì)具有低能源依賴 性、高環(huán)境耐受性、抗電磁干擾、抗腐蝕、防水、抗潮濕、溫度適應(yīng)性強(qiáng)等特性，并且由于可W 單端測(cè)量，施工難度較低而廣受關(guān)注。布里淵光時(shí)域反射計(jì)可用于巖±工程健康監(jiān)測(cè)、地質(zhì) 災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)、電纜及管道的健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，是工程領(lǐng)域用于取代傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感器的最 有力的產(chǎn)品之一。
[000引 由于光纖材質(zhì)、工藝都存在差異，在使用BOTDR產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，有多種光纖 的布里淵譜都會(huì)存在一個(gè)W上的波峰，每個(gè)波峰都包含有各自的應(yīng)變/溫度信息，如果能 將光纖中每個(gè)波峰所在位置都準(zhǔn)確的尋找到，就可W將每個(gè)波峰蘊(yùn)含的應(yīng)變/溫度信息提 取出來，就可W進(jìn)行相互校正，將有效提升BOTDR產(chǎn)品的應(yīng)變測(cè)試精度；對(duì)于一些特種光 纖，布里淵譜中每個(gè)波峰都存在著各自的應(yīng)變/溫度的響應(yīng)系數(shù)，將每個(gè)波峰的位置都準(zhǔn) 確找出，并對(duì)其應(yīng)變/溫度信息進(jìn)行聯(lián)立分析，即可實(shí)現(xiàn)BOTDR產(chǎn)品的應(yīng)變/溫度同時(shí)測(cè)試 功能；同時(shí)，對(duì)于布里淵譜只存在一個(gè)波峰的光纖，在BOTDR產(chǎn)品的空間分辨率無法滿足要 求時(shí)，如果被測(cè)光纖所受應(yīng)變?cè)黾?，也?huì)導(dǎo)致被測(cè)光纖測(cè)試出現(xiàn)另一個(gè)強(qiáng)度較低的測(cè)試峰， 此時(shí)準(zhǔn)確的找到強(qiáng)度較低的布里淵譜峰的位置，即可在空間分辨率不足的情況下計(jì)算光纖 所受應(yīng)變，能有效提高BOTDR產(chǎn)品的空間分辨率。
[0004] 現(xiàn)有BOTDR產(chǎn)品的尋峰方式是將布里淵譜中強(qiáng)度最高的點(diǎn)作為布里淵譜波峰位 置，只能實(shí)現(xiàn)單峰的尋找，布里淵譜中其它強(qiáng)度較低的波峰無法被找出、分析，導(dǎo)致其它波 峰中的應(yīng)變信息無法用于空間分辨率的提升或應(yīng)變精度的提升；而且當(dāng)布里淵譜信號(hào)較 低，甚至與噪聲強(qiáng)度接近時(shí)，傳統(tǒng)的單峰捜尋方案很容易將噪聲識(shí)別為布里淵譜峰，W此計(jì) 算出的應(yīng)變數(shù)據(jù)也存在極大的誤差，影響了BOTDR產(chǎn)品的性能提升、推廣與應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種BOTDR布里淵散射譜尋 峰方法，其采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種BOTDR布里淵散射譜尋峰方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟101、讀取布里淵譜數(shù)據(jù)頻點(diǎn)數(shù)N、W及布里淵譜數(shù)據(jù)D[0]~D[N-1];
[0008] 步驟102、計(jì)算布里淵譜數(shù)據(jù)D[0]~D[N-1]中的最大值DMAX;
[0009] 步驟103、判斷布里淵譜數(shù)據(jù)信噪等級(jí)化；
[0010] 步驟104、將布里淵譜數(shù)據(jù)D中所有小于噪聲闊值NT的點(diǎn)置為0,生成臨時(shí)布里淵 譜數(shù)據(jù)化[0]~化[N-U;
[0011] 步驟105、如果信噪等級(jí)化《2,執(zhí)行步驟106,否則執(zhí)行步驟107 ;
[0012] 步驟106、對(duì)布里淵譜數(shù)據(jù)D[0]~D[N-1]進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)，得到增強(qiáng)布里淵譜數(shù)據(jù) DZ[0]~DZ[N-1];
[0013] 步驟107、復(fù)制布里淵譜數(shù)據(jù)D[0]~D[N-1]，得到增強(qiáng)布里淵譜數(shù)據(jù)DZ[0]~ DZ[N-1]；
[0014]步驟108、建立增強(qiáng)布里淵譜波峰標(biāo)記數(shù)據(jù)BSZ[0]~BSZ[N-1]、臨時(shí)布里淵譜波 峰標(biāo)記數(shù)據(jù)BSL[0]~BSUN-1]、布里淵譜波峰標(biāo)記數(shù)據(jù)BS[0]~BS[N-1]，并全部初始化 為0;
[0015] 步驟109、初步尋找增強(qiáng)布里淵譜數(shù)據(jù)DZ中的波峰點(diǎn)；
[0016] 步驟110、對(duì)增強(qiáng)布里淵譜數(shù)據(jù)DZ所有標(biāo)記為波峰的點(diǎn)進(jìn)行初次篩選；
[0017] 步驟111、讀取脈沖寬度參數(shù)PW;
[0018] 步驟112、根據(jù)脈沖寬度PW，計(jì)算半峰帶寬參考參數(shù)BW;
[0019] 步驟113、讀取頻率間隔參數(shù)FG;
[0020] 步驟114、對(duì)臨時(shí)布里淵譜波峰標(biāo)記數(shù)據(jù)BSL中所有值為1的點(diǎn)進(jìn)行二次篩選；
[002U 步驟115、將BSL[I]的值依次對(duì)應(yīng)賦給BS[I]，0 <I<N-1，輸出布里淵譜波峰標(biāo) 記數(shù)據(jù)BS，BS數(shù)據(jù)中值為1的點(diǎn)即為波峰。
[0022] 進(jìn)一步，上述步驟103中，布里淵譜數(shù)據(jù)信噪等級(jí)化判定方法如下：
[0023] 步驟1031、如果DMAX《50地，轉(zhuǎn)步驟1032,否則轉(zhuǎn)步驟1033 ;
[0024] 步驟1032、信噪等級(jí)化為1，噪聲闊值NT為40地，轉(zhuǎn)步驟1038 ;
[0025] 步驟1033、如果50 <DMAX《60地，轉(zhuǎn)步驟1034,否則轉(zhuǎn)步驟1035 ;
[0026] 步驟1034、信噪等級(jí)化為2,噪聲闊值NT為45地，轉(zhuǎn)步驟1038 ;
[0027] 步驟1035、如果60 <DMAX《70地，轉(zhuǎn)步驟1036,否則轉(zhuǎn)步驟1037 ;
[002引步驟1036、信噪等級(jí)化為3,噪聲闊值NT為50地，轉(zhuǎn)步驟1038 ;
[0029] 步驟1037、信噪等級(jí)化為4,噪聲闊值NT為55地；
[0030] 步驟1038、布里淵譜數(shù)據(jù)信噪等級(jí)化判定結(jié)束。
[0031] 進(jìn)一步，上述步驟109中，初次波峰判定方法如下；
[0032] 步驟 1091、初始化 I = 1，0 < I < N-1 ;
[0033] 步驟1092、如果DZ[I]為DZ[1-2]~DZ[1+2]中的最大值，轉(zhuǎn)步驟1093,否則轉(zhuǎn)步 驟 1094 ;
[0034] 步驟 1093、將BSZ[I]賦值為 1 ;
[0035] 步驟1094、將I的值增加1 ;
[0036] 步驟1095、如果I>N-1，轉(zhuǎn)步驟1096,否則，轉(zhuǎn)步驟1092 ;
[0037] 步驟1096、初次波峰判定結(jié)束。
[003引進(jìn)一步，上述步驟110中，初次篩選判定方法如下：
[0039] 步驟 1101、初始化 I = 1，0 < I < N-1 ;
[0040] 步驟1102、如果BSZ[I]為1，轉(zhuǎn)步驟1103,否則轉(zhuǎn)步驟1104 ;
[004U 步驟1103、如果化[I]為化[1-2]~化[1+2]中最大值，轉(zhuǎn)步驟1105,否則轉(zhuǎn)步驟 1104 ;
[0042] 步驟1104、將BSL[I]賦值為0,轉(zhuǎn)步驟1106 ;
[0043] 步驟 1105、將 BSL[I]賦值為 1 ;
[0044] 步驟1106、將I的值增加1 ;
[0045] 步驟1107、如果I>N-1，轉(zhuǎn)步驟1108,否則，轉(zhuǎn)步驟1103 ;
[0046] 步驟1108、初次篩選判定結(jié)束。
[0047] 進(jìn)一步，上述步驟114中，二次篩選判定方法如下：
[0048] 步驟 1141、初始化I= 1，0 <I<N-1 ;
[0049] 步驟1142、如果BSZ[I]為1，轉(zhuǎn)步驟1143,否則轉(zhuǎn)步驟1144 ;
[0050] 步驟 1143、計(jì)算IL;
[0051] 步驟1144、將BSL[I]賦值為1，轉(zhuǎn)步驟1148 ;
[0052] 步驟 1145、計(jì)算IR;
[0053] 步驟1146、如果IR-I《BW/2并且I-IL《BW/2,轉(zhuǎn)步驟1147,否則轉(zhuǎn)步驟1144 ;
[0054] 步驟1147、將BSL[I]賦值為0,轉(zhuǎn)步驟1148 ;
[0055] 步驟1148、將I的值增加1 ;
[0056] 步驟1149、如果I>N-1，轉(zhuǎn)步驟1108,否則，轉(zhuǎn)步驟1103 ;
[0057] 步驟11410、二次篩選判定結(jié)束。
[0化引進(jìn)一步，上述步驟1143中，IL的計(jì)算過程如下：
[0059] 步驟11431、初始化J的值為1-1 ;
[0060] 步驟11432、如果J> 0,轉(zhuǎn)步驟11433,否則轉(zhuǎn)步驟11434 ;
[0061] 步驟11433、如果DL[J]《1地，轉(zhuǎn)步驟11436,否則轉(zhuǎn)步驟11435 ;
[0062] 步驟11434、將IL賦值為0,轉(zhuǎn)步驟11437 ;
[0063] 步驟11435、將I的值減1，轉(zhuǎn)步驟11432 ;
[0064] 步驟11436、將比賦值為1;
[00化]步驟11437、計(jì)算IL過程結(jié)束。
[0066] 進(jìn)一步，上述步驟1145中，IR的計(jì)算過程如下：
[0067] 步驟11451、初始化J的值為1+1 ;
[0068] 步驟11452、如果J《N-1，轉(zhuǎn)步驟11453,否則轉(zhuǎn)步驟11454 ;
[0069] 步驟11453、如果DL[J]《1地，轉(zhuǎn)步驟11456,否則轉(zhuǎn)步驟11455 ;
[0070] 步驟 11454、將IR賦值為N-l，轉(zhuǎn)步驟 11457;
[0071] 步驟11455、將I的值減1，轉(zhuǎn)步驟11452 ;
[0072] 步驟11456、將13賦值為1;
[0073] 步驟11457、計(jì)算IL過程結(jié)束。
[0074] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0075] 本發(fā)明方法依據(jù)布里淵后向散射信號(hào)的產(chǎn)生原理，對(duì)布里淵譜進(jìn)行噪聲等級(jí)判 定，并依據(jù)噪聲等級(jí)不同對(duì)布里淵譜信號(hào)進(jìn)行濾波、互相關(guān)等信號(hào)增強(qiáng)方法，降低了低信噪 比條件下噪聲對(duì)數(shù)據(jù)的影響，提升了高信噪比條件下計(jì)算效率；利用濾波、增強(qiáng)后的布里淵 譜數(shù)據(jù)進(jìn)行初次波峰尋找，提升了波峰尋找精度，增加了波峰尋找準(zhǔn)確度，并結(jié)合脈沖寬度 PW與半峰帶寬參考參數(shù)BW的關(guān)系，使用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次篩選，進(jìn)一步降低了尋峰誤差， 提升了尋峰精度。本發(fā)明方法在不改動(dòng)硬件的前提下，提升了BOTDR產(chǎn)品測(cè)試多峰光纖時(shí) 的準(zhǔn)確度W及大應(yīng)變條件下單峰光纖的空間分辨率，進(jìn)一步擴(kuò)大了B0TDR產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng) 域。
【附圖說明】
[0076] 圖1為本發(fā)明中一種B0TDR布里淵散射譜尋峰方法的流程示意圖；
[0077] 圖2為本發(fā)明中布里淵譜數(shù)據(jù)信噪等級(jí)化判定方法示意圖；
[007引圖3為本發(fā)明中初次尋峰判定示意圖；
[0079] 圖4為本發(fā)明中初次篩選判定示意圖；
[0080] 圖5為本發(fā)明中二次篩選判定示意圖；
[0081] 圖6為本發(fā)明中IL計(jì)算示意圖；
[0082] 圖7為本發(fā)明中IR計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0083] 下面結(jié)合附圖W及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0084] 如圖1所示，一種B0TDR布里淵散射譜尋峰方法，包括如下步驟：
[0085] 步驟101、讀取布里淵譜數(shù)據(jù)頻點(diǎn)數(shù)N、W及布里淵譜數(shù)據(jù)D[0]~D[N-1]。
[0086] 步驟102、計(jì)算布里淵譜數(shù)據(jù)D[0]~D[N-1]中的最大值DMAX。
[0087] 步驟103、判斷布里淵譜數(shù)據(jù)信噪等級(jí)化。
[008引如圖2所示，布里淵譜數(shù)據(jù)信