BOTDR噪声抑制及信号处理技术

admin · 发表于 2024-1-22 09:29:18

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布里渊分布式光纤传感技术是目前光纤传感领域国内外研究的热点之一，其中基于布里渊光时域反射计(BOTDR)的分布式光纤传感技术更以其结构相对简单、单端测量等优势得到了广泛的关注。本文分析了BOTDR系统原始输出信号的特点，研究并确定了电外差混频与Hilbert变换包络解调相结合的混合解调技术，重点研究了信号的噪声抑制和峰值频率提取技术，编写了系统应用软件，实现了信号处理与温度显示功能，并进行了实验验证和研究。通过以下研究，获得了优化的噪声抑制和信号处理方案，研制出了完整、优化的信号处理系统：(1) 分析了BOTDR样机系统原始输出信号的特点，提出了三种信号解调方案，分别设计实现了三种信号解调模块，并进行了实验对比研究，结果表明，电外差混频与Hilbert变换包络解调相结合的模拟混频数字解调方案在精度和空间响应方面明显优于其它两种方案。(2) 研究了数字累加平均技术，对比了不同累加平均次数下信噪比的改善效果和系统的测量时间，确定了合适的累加平均次数；将小波阈值去噪技术应用于BOTDR信号去噪过程中，并从小波基函数选择、阈值函数优化和最优阈值估计准则三个方面对小波阈值去噪方法进行了优化；通过实验确定了数字累加平均与小波阈值去噪相结合的信号去噪方案的优化参数，实验表明该种方案在有效抑制噪声的同时，大大缩短了信号处理时间。(3) 对比了不同拟合线型对布里渊散射频谱的拟合效果，确定了Pseuod-Voigt函数作为布里渊频谱的最佳拟合线型；通过仿真和实验对比了各寻峰算法的寻峰精度和稳定性，选取了Pseuod-Voigt直接非线性拟合法为最优寻峰算法。(4) 编写了BOTDR应用软件，采用双线程的设计模式，实现了数据的高速采集、处理与显示，满足了测量的实时性。(5) 基于研制的信号处理系统，进行了测温实验和研究，验证了系统功能，并对BOTDR样机系统的性能进行了初步测试。

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