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文檔簡介
1、分布式光纖傳感系統(tǒng)(distributed optical fiber sensing system:DOFS)相比于傳統(tǒng)的傳感器具有一系列優(yōu)勢,已經(jīng)引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛的關(guān)注。布里淵光時(shí)域分析儀(Brillouin optical time domain analyzer:BOTDA)是一種典型的DOFS,其超長的監(jiān)測范圍、高的空間分辨率以及高的測量精度特性更是廣泛應(yīng)用于大型基礎(chǔ)設(shè)施的安全健康監(jiān)測領(lǐng)域。如何進(jìn)一步提升BOTDA的傳
2、感性能,成為了新的研究熱點(diǎn)。
DOFS的信號存在著大量的相似性和冗余性,圖像降噪技術(shù)是有效去除傳感信號噪聲的一種簡單而有效的途徑,本文主要研究了數(shù)字圖像處理技術(shù)對BOTDA傳感性能的提升。首先,通過數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)兩方面綜合分析對比了三種不同的噪聲估計(jì)算法在BOTDA噪聲估計(jì)中的有效性與穩(wěn)定性。結(jié)果表明:基于無布里淵增益區(qū)域其標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算(STD)的均值和基于弱信號塊主成分分析法(W-PCA)的噪聲估計(jì)算法能相對準(zhǔn)確地估計(jì)BOTD
3、A信號的噪聲水平,但是STD估計(jì)值沿光纖長度方向具有很大的起伏;同時(shí),基于小波分析的噪聲估計(jì)算法過大地估計(jì)了BOTDA系統(tǒng)的噪聲水平。針對非局域均值濾波(non-local means:NLM)關(guān)鍵參量噪聲水平的獲取,相比之前的耗時(shí)經(jīng)驗(yàn)方法,提出了基于噪聲估計(jì)的NLM降噪算法,進(jìn)一步加強(qiáng)了該算法的工程實(shí)用性。同時(shí),搭建了簡單的短距離BOTDA系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明基于W-PCA噪聲估計(jì)算法的NLM降噪處理不僅能有效地得抑制傳感信號的噪聲
4、,并且能很好地保持信號的細(xì)節(jié)成分;但是,由于基于小波分析的噪聲估計(jì)算法過高地估計(jì)了BOTDA信號的噪聲水平,導(dǎo)致了以其為噪聲水平輸入的NLM降噪處理過多地平滑信號,造成了信號細(xì)節(jié)成分的丟失。
最后,本文首次研究討論了NLM降噪算法在高級BOTDA系統(tǒng)中的應(yīng)用。運(yùn)用脈沖編碼技術(shù)和混合分布式放大,搭建了157公里BOTDA傳感系統(tǒng)。優(yōu)化的NLM降噪處理結(jié)果表明:由于基于小波分析的噪聲估計(jì)算法和以無布里淵增益區(qū)域?yàn)檎w的STD估計(jì)值
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