基于雙Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)的光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng)建模及定位研究.pdf

1、油氣長輸管道作為油氣資源重要的輸送手段，其總里程數(shù)隨著石油消費(fèi)和油氣工業(yè)的發(fā)展快速增長，其安全問題也越來越受到人們的重視。課題組研究的分布式光纖油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)可在管道發(fā)生泄漏前預(yù)判威脅管道安全的入侵事件，并對其進(jìn)行準(zhǔn)確定位，及時(shí)通知工作人員采取措施加以制止，可防患于未然，避免油氣泄漏所帶來的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
　　 該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，用于事件定位的兩路信號(hào)的相關(guān)性呈隨機(jī)變化狀態(tài)，如果相關(guān)性

2、惡化，則會(huì)導(dǎo)致定位誤差突然增大，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文對分布式光纖油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)的瓊斯矩陣模型和定位過程進(jìn)行了深入的研究，主要的研究內(nèi)容如下：
　　 (1)分析了單模光纖的偏振特性，建立了單模光纖的等效瓊斯矩陣模型。利用單模光纖的等效瓊斯矩陣，建立了分布式光纖油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)的模型，并對該模型進(jìn)行了仿真分析，找到了影響相位偏移和幅度衰落的因素，指出相位偏移(簡稱相移)是導(dǎo)致定位誤差增大的原因。
　　 (2

3、)根據(jù)系統(tǒng)模型，提出了基于雙臂檢測信號(hào)相關(guān)系數(shù)的偏振控制方法，用于檢測信號(hào)的有源相移補(bǔ)償。詳細(xì)研究了采用全局搜索算法和模擬退火算法控制雙臂檢測信號(hào)相關(guān)系數(shù)的工作原理，通過實(shí)驗(yàn)確定了全局搜索算法的搜索步長和模擬退火算法的初始溫度、最大搜索步長、溫度更新常數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，兩種偏振控制算法均可以將雙臂檢測信號(hào)的相關(guān)系數(shù)穩(wěn)定在1附近，且模擬退火算法比全局搜索算法具有更快的收斂速度和更高的控制效率。
　　 (3)根據(jù)系統(tǒng)的瓊

4、斯矩陣模型，提出了一種采用3×3耦合器的相位軟解調(diào)解決方法，將正、反兩個(gè)光路相移前的信號(hào)解調(diào)出來用于時(shí)延估計(jì)，可消除雙臂檢測信號(hào)的相位偏移?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)證明，該方法可以有效地提高定位精度，維持系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。
　　 (4)提出了基于三階累積量和自適應(yīng)濾波器的時(shí)延估計(jì)方法用于管道入侵事件的定位。研究了三階累積量和自適應(yīng)濾波器用于時(shí)延估計(jì)的原理和算法，利用三階累積量抑制高斯相干噪聲，再通過自適應(yīng)濾波器抑制非高斯相干噪聲并獲得時(shí)延估計(jì)，