一种STFT-BOTDR系统中微弱频移信号位置识别方法

本发明涉及分布式光纤传感领域，提出了一种stft-botdr系统中微弱频移信号位置识别方法。

背景技术：

1、随着我国社会经济的不断发展，电力工业、土木工程、石油化工、通信工程、环境监测等领域发展速度不断加快，大型基础设施的数量与规模日益增加，其建设总量已超世界其他国家的总和，在发展经济和保障民生方面，这些设施的安全稳定运行具有重要意义，对这些设施进行健康状态监测并进行及时维护是非常必要的。

2、近年来，光纤传感技术越来越多地应用于结构健康监测，通过利用光纤材料对光波的非线性散射特性，分布式光纤传感技术可以精准测量光纤沿线上每个位置的温度和应力信息。分布式光纤传感技术还具有传感光纤占地面积小、可铺设距离长、特种光纤耐高温、抗电磁性好等优点，因此，分布式光纤传感技术受到了研究人员的广泛关注和研究，其中，分布式布里渊光纤传感技术能够对温度和应变进行远距离测量，并且检测精度较高，非常适合用于大型基础设施工程的结构安全监测。

3、布里渊光时域反射（botdr）传感系统是一种典型的分布式光纤传感系统，基于自发布里渊散射光的频移量与温变和应变的线性关系，botdr传感系统使用单端入射光检测的便捷结构，对光纤沿线上的温度和应力信息进行长距离测量。降低了测量的复杂程度以及系统的应用成本，而且当工程施工现场光纤出现断裂时，botdr系统仍能进行有效检测，避免了使用双端成环结构的布里渊光时域分析（botda）传感系统时，一旦光纤断裂则无法使用的弊端，使得botdr系统在实际工程应用中更加方便。

4、botdr传感系统的原理为：将脉冲光射入光纤，由于声波的作用，脉冲光会在光纤中产生布里渊斯托克斯光和布里渊反斯托克斯光，光纤温度或应力的变化会改变光纤特性，进而改变斯托克斯和反斯托克斯光的频率。通过解调温度或应力改变前后斯托克斯或反斯托克斯光的频移，即可得到外界温度或者应力改变的大小。但是由于脉冲功率和解调算法等方面的限制，botdr传感系统的检测精度有限，很难检测到微小的温度或者应力变化。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种stft-botdr系统中微弱频移信号位置识别方法，用于进行botdr系统中的微弱频移信号位置识别。

2、本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种stft-botdr系统中微弱频移信号位置识别方法，包括：

4、将botdr系统采集到光纤沿线的散射光时域信号进行stft处理，得到光纤沿线的布里渊增益谱；

5、将光纤沿线相邻两点的布里渊增益谱均相减，得到差谱线；

6、识别差谱线的波动情况，若发现差谱线存在发生明显的起伏现象，则将此时差谱线对应的位置作为光纤发生频移的位置。

7、进一步地，将botdr系统采集到的散射光时域信号进行stft处理，得到光纤沿线的布里渊增益谱，包括：选择小于窗长的滑窗间距，对整段散射光时域信号进行滑窗处理之后，得到的所有布里渊增益谱信号就构成了光纤沿线的布里渊增益谱。

8、进一步地，差谱线存在发生明显的起伏现象，包括：对差谱线求均方根误差，若均方根误差大于阈值，则认为差谱线存在发生明显的起伏现象。

9、进一步地，阈值为0.05dbm。

10、进一步地，微弱频移信号的刺激源包括温变或应变。

11、进一步地，微弱频移信号的微弱频移为大小与stft-botdr测量精度相近的频移，系统测量精度由系统参数与平均次数决定。

12、本公开的有益效果：

13、本发明中通过对光纤沿线上连续两点的布里渊增益谱的差谱线求均方根误差，判断光纤沿线上是否有温变或应变发生，并且能够不受botdr系统检测精度的限制，识别光纤沿线上的微弱的温变或者应变的发生区域；

14、本发明通过对光纤沿线上相邻两点的bgs差谱线求均方根误差的方法，在不增加昂贵器件和算法复杂性的前提下，识别微弱频移信号位置，从而检测到微小的温度或者应力变化的区域。

技术特征：

1.一种stft-botdr系统中微弱频移信号位置识别方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的stft-botdr系统中微弱频移信号位置识别方法，其特征在于，将botdr系统采集到的散射光时域信号进行stft处理，得到光纤沿线的布里渊增益谱，包括：选择小于窗长的滑窗间距，对整段散射光时域信号进行滑窗处理之后，得到布里渊增益谱信号，所有布里渊增益谱信号重叠构成光纤沿线的布里渊增益谱。

3.根据权利要求1所述的stft-botdr系统中微弱频移信号位置识别方法，其特征在于，差谱线存在发生明显的起伏现象，包括：对差谱线求均方根误差，若均方根误差大于阈值，则认为差谱线存在发生明显的起伏现象。

4.根据权利要求3所述的stft-botdr系统中微弱频移信号位置识别方法，其特征在于，阈值为0.05dbm。

5.根据权利要求1所述的stft-botdr系统中微弱频移信号位置识别方法，其特征在于，微弱频移信号的刺激源包括温变或应变。

技术总结本发明提出了一种STFT‑BOTDR系统中微弱频移信号位置识别方法，涉及分布式光纤传感领域，主要是通过光纤沿线上相邻两点的布里渊增益谱谱线相减，得到差谱线，若发现差谱线存在发生明显的起伏现象，则将此时差谱线对应的位置作为光纤发生频移的位置。本发明通过对光纤沿线上相邻两点的BGS差谱线求均方根误差的方法，在不增加昂贵器件和算法复杂性的前提下，识别微弱频移信号位置，从而检测到微小的温度或者应力变化的区域。技术研发人员：刘鑫煜,高波,付林林,王笑微,朱海军,刘江涛,钟振涛,李拥政,郭林峰,徐小敏受保护的技术使用者：南京信息工程大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9