引用本文:

申欢,白元涛,刘继红:双M-Z型光纤振动传感器分级互相关定位方法[J]. 光通信技术,2019,43(6):1-4.

双M-Z型光纤振动传感器分级互相关定位方法

申 欢,白元涛,刘继红*

(西安邮电大学 电子工程学院,西安 710121)

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摘要:为提高双马赫-曾德尔(M-Z)干涉型分布式光纤传感器对振动事件的定位速度,提出了一种分级互相关定位方法。首先,对双向干涉信号降采样,通过互相关运算进行初步定位;然后,原始干涉信号在初步定位结果附近进行局部互相关以获得振动事件的精确位置。实验结果表明:和传统互相关方法相比,该方法在保证定位精度的前提下,能够缩短双M-Z干涉型光纤振动传感器的定位时间,提高定位效率。

关键词:分布式光纤振动传感器;双马赫-曾德尔干涉仪;降采样;局部互相关

中图分类号:TP212;TN929.1 文献标志码:文章编号:1002-5561(2019)06-0001-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.06.001

0 引言
      分布式光纤振动传感技术能够在数十千米范围内准确定位事件位置,在石油管道泄露监测、长距离周界安防等领域具有广泛的应用前景[1,2]。其中,双马赫-曾德尔(Mach-Zehnder,M-Z)干涉型传感结构是比较典型的一种[3,4]。在双M-Z光纤振动传感系统中,一般通过求双向干涉信号的互相关函数估计它们之间的时延,进而确定振动事件的位置[5-7]。理论上,对干涉信号的采样速率越高,定位越准确,但提高采样速率会造成数据量增多,利用时域互相关估计时延的耗时也大大增加,不适合用于实时性要求高的应用。虽然频域互相关法能够降低运算量,但时延估计结果与截取的干涉信号长度以及统计特性关系密切,定位稳定性较差。通过端点检测截取振动事件对应的有效干涉信号进行定位[8,9],或者由干涉信号通过多次逐级平均实现精确定位[10],虽都能缩短定位时间,但运算量仍然偏大或过程较复杂。
     因此,本文按照粗测与精测相结合的测量原理,在端点检测的基础上,提出一种对有效干涉信号直接降采样形成粗测信号,然后进行分级互相关估计时延的振动事件定位方法。

4 结束语
     本文基于分级互相关估计时延的定位方法通过降采样,采用更短的干涉信号执行互相关运算,完成初步定位;再用原始干涉信号在初步定位结果附近做局部互相关运算估计时延,确定入侵事件的精确位置。实验结果表明:在与传统直接互相关算法定位精度相同的前提下,双M-Z型光纤振动传感器使用分级互相关定位方法能够显著减少运算量,当干涉信号长度Ns=105时,选择优化的降采样倍数,其运算量可以降低103倍(i=1)以上,提高了双M-Z干涉型光纤振动传感器的定位效率。