基于希尔伯特-黄变换的双马赫-曾德分布式光纤传感振动定位方法

双马赫-曾德(M-Z)干涉仪系统因其光路简单、灵敏度高、频率响应宽等独特优势受到了广泛的关注及应用,但由于其非常容易受到外界环境噪声的影响,直接采取互相关计算方法获取扰动信号位置会导致较大的测量误差。本文提出了一种基于希尔伯特-黄变换(HHT)的数据信号处理方案用于实现高精度的分布式光纤振动定位检测。通过对接收到的两路光信号进行经验模态分解得到本征模函数,并对所有本征模函数进行希尔伯特变换叠加得到希尔伯特谱,从而可以清晰直观地提取到由振动信号引起的高相似度光信号信息,再通过互相关计算由振动信号引起的时间延迟,从而准确计算振动位置信息。相比于传统的直接互相关计算方法,本方法可以有效识别及提取双M-Z干涉仪系统中振动信号引起的特征信息,从而可以有效降低外界环境噪声对系统的影响,减小定位误差。本文对所提出的方法进行了相关理论分析,并搭建了双M-Z干涉仪系统进行相关实验验证。实验结果表明,与传统直接互相关方法相比,本方法可以有效减少互相关数据的计算量,同时该方法可以有效提高振动位置的定位精度,在2 km的传感光纤长度、10 MHz采样率下,定位精度可达10 m。本文提出的基于双马赫-曾德干涉仪系统的分布式光纤传感技术具有较高的实际应用价值。

双M-Z光纤干涉仪中随机生成数偏振控制算法

采用基于两路检测信号相关系数的随机生成数算法,通过偏振控制器对输入偏振态进行调节,解决了双M-Z(马赫-曾德)光纤传感系统中出现的偏振相位偏移问题,改善了两路检测信号的相关性。对随机生成数算法的可行性及其3个重要参数进行了分析讨论。实验结果表明,算法执行5min可搜索到邦加球的绝大部分区域,具备全局搜索能力,并且通过合理地设置随机生成数算法的参数,可使系统在3min左右搜索到偏振态的最佳位置,使两路检测信号的相关系数保持在0.9左右,恢复两路检测信号的良好相关性。

基于端点检测与互相关时延估计的精准光纤扰动定位检测

针对双马赫曾德干涉仪型分布式光纤扰动传感系统无法实时高效精准定位的检测难题,提出了一种快速端点检测与互相关时延估计相结合的快速精准定位检测方案。采用一种改进型的巴特沃斯滤波端点检测算法,实现了对原始干涉扰动信号的精准快速扰动端点检测,以获取干涉信号中的高频扰动部分,剔除无效低频干扰数据。基于互相关时延估计算法,对获取的两路高频扰动信号进行固定时延求解,并根据扰动位置与固定时延之间的关系解调出作用于传感光纤链路上的具体扰动位置。实验测试结果表明,在总长为1.1 km的光纤链路上,双马赫曾德干涉仪型分布式光纤扰动传感系统的定位标准差仅为5.2 m。该定位检测方案具有较高的定位精度和较好的信号处理实时性。

基于小波包去噪的周界入侵定位算法

针对非对称双马赫-曾德干涉型光纤传感的周界安防系统远距离定位受环境噪声影响大的问题,提出基于改进的小波包去噪和互相关运算的定位算法.首先,根据小波包分解系数的频率高低采用多阈值法则以避免过阈值处理;其次,采用基于三次Hermite插值的新阈值函数以弥补传统软硬阈值的缺点,并以此提高入侵信号的信噪比;最后,采用基于互相关运算的时延估计以得到外界入侵行为的识别定位.仿真实验表明,当光纤总长为75km、采样频率为10MHz时的定位精度为±7m,说明该算法大大提高了系统外界入侵定位精度.