本發(fā)明屬于信號處理，具體涉及一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于瑞利后向散射的光纖分布式傳感系統(tǒng)的應(yīng)力應(yīng)變、溫度和振動在工程應(yīng)用中具有很大的發(fā)展前景，特別是應(yīng)用于一些大型基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測，比如路橋、航空航天、大型機(jī)械以及石油煤氣運輸管道等監(jiān)測。由于光源相位噪聲、偏振噪聲、光電探測器的電學(xué)噪聲以及環(huán)境噪聲影響，系統(tǒng)接收到的后向瑞利散射信號具有一定隨機(jī)性，因此很難從中解調(diào)出應(yīng)力應(yīng)變和溫度等準(zhǔn)靜態(tài)信息。

2、本發(fā)明將介紹一種基于背景扣除技術(shù)的光纖das分布式測量方法及裝置，通過噪聲統(tǒng)計分析構(gòu)建傳感系統(tǒng)的相位模型，利用背景扣除技術(shù)得到外界待測信號的位置和相位信息，重點解決準(zhǔn)靜態(tài)信號的測量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了如下方案：

2、一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量方法，包括以下步驟：

3、在無外界待測信號時，采集k組m×n的第一光纖傳感信號，并基于所述第一光纖傳感信號制作背景模型，并對所述背景模型和模型參數(shù)進(jìn)行更新；

4、在有外界待測信號時，采集j組m×n的第二光纖傳感信號，并將所述第二光纖傳感信號與所述背景模型進(jìn)行相互匹配，判斷當(dāng)前信號的像素點類型；

5、若所述第二光纖傳感信號與所述背景模型相互匹配，則所述像素點為背景點，將所述背景點用于繼續(xù)更新所述背景模型；

6、若所述第二光纖傳感信號與所述背景模型不匹配，則所述像素點為前景點，所述前景點用于替換所述背景點；

7、基于所述背景模型的更新信息得到光纖傳感信號的相位變化的大小和發(fā)生位置，從而得到所述外界待測信號的大小和發(fā)生位置，完成分布式測量。

8、優(yōu)選的，所述第一光纖傳感信號和所述第二光纖傳感信號為二維數(shù)組，包括噪聲和待測信號；

9、其中，m表示二維數(shù)組的列數(shù)，對應(yīng)光纖沿線的位置；n表示二維數(shù)組的行數(shù)，對應(yīng)后向散射信號的條數(shù)。

10、優(yōu)選的，對所述第一光纖傳感信號進(jìn)行處理，計算第一組所述二維數(shù)組的均值μ，并將標(biāo)準(zhǔn)方差設(shè)置為0；

11、設(shè)背景模型為bn(x，y)，當(dāng)前二維數(shù)組為i(x，y)，第k組背景模型的均值μn(x，y)，第k組背景模型的標(biāo)準(zhǔn)差σn(x，y)，更新所述背景模型和所述模型參數(shù)：

12、bn+1(x，y)＝(1-α)bn(x，y)+i(x，y)，

13、μn+1(x，y)＝(1-α)μn(x，y)+in+1(x，y)，

14、σn+1(x，y)＝(1-α)σn(x，y)+σ(in+1(x，y)-μn(x，y))2，其中，bn+1(x，y)表示更新后背景模型，α表示更新速度，μn+1(x，y)表示更新后均值，σn+1(x，y)表示更新后標(biāo)準(zhǔn)差，in+1(x，y)表示前景點。

15、本發(fā)明還提供了一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)應(yīng)用上述任一項所述的方法，包括：背景模型構(gòu)建模塊、匹配模塊和信息獲取模塊；

16、所述背景模型構(gòu)建模塊在無外界待測信號時，采集k組m×n的第一光纖傳感信號，并基于所述第一光纖傳感信號制作背景模型，并對所述背景模型和模型參數(shù)進(jìn)行更新；

17、所述匹配模塊在有外界待測信號時，采集j組m×n的第二光纖傳感信號，并將所述第二光纖傳感信號與所述背景模型進(jìn)行相互匹配，判斷當(dāng)前信號的像素點類型；若所述第二光纖傳感信號與所述背景模型相互匹配，則所述像素點為背景點，將所述背景點用于繼續(xù)更新所述背景模型；若所述第二光纖傳感信號與所述背景模型不匹配，則所述像素點為前景點，所述前景點用于替換所述背景點；

18、所述信息獲取模塊基于所述背景模型的更新信息得到光纖傳感信號的相位變化的大小和發(fā)生位置，從而得到所述外界待測信號的大小和發(fā)生位置，完成分布式測量。

19、優(yōu)選的，所述第一光纖傳感信號和所述第二光纖傳感信號為二維數(shù)組，包括噪聲和待測信號；

20、其中，m表示二維數(shù)組的列數(shù)，對應(yīng)光纖沿線的位置；n表示二維數(shù)組的行數(shù)，對應(yīng)后向散射信號的條數(shù)。

21、優(yōu)選的，所述背景模型構(gòu)建模塊中，

22、對所述第一光纖傳感信號進(jìn)行處理，計算第一組所述二維數(shù)組的均值μ，并將標(biāo)準(zhǔn)方差設(shè)置為0；

23、設(shè)背景模型為bn(x，y)，當(dāng)前二維數(shù)組為i(x，y)，第k組背景模型的均值μn(x，y)，第k組背景模型的標(biāo)準(zhǔn)差σn(x，y)，更新所述背景模型和所述模型參數(shù)：

24、bn+1(x，y)＝(1-α)bn(x，y)+i(x，y)，

25、μn+1(x，y)＝(1-α)μn(x，y)+in+1(x，y)，

26、σn+1(x，y)＝(1-α)σn(x，y)+σ(in+1(x，y)-μn(x，y))2，

27、其中，bn+1(x，y)表示更新后背景模型，α表示更新速度，μn+1(x，y)表示更新后均值，σn+1(x,y)表示更新后標(biāo)準(zhǔn)差，in+1(x,y)表示前景點。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

29、本發(fā)明針對光纖傳感系統(tǒng)，采用模型傳遞和背景扣除算法，能在大量隨機(jī)噪聲中識別準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)相位信號，解決現(xiàn)有基于瑞利otdr系統(tǒng)無法測量溫度、應(yīng)變等準(zhǔn)靜態(tài)信號的難題。

技術(shù)特征：

1.一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量方法，其特征在于，所述第一光纖傳感信號和所述第二光纖傳感信號為二維數(shù)組，包括噪聲和待測信號；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量方法，其特征在于，

4.一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)應(yīng)用權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，包括：背景模型構(gòu)建模塊、匹配模塊和信息獲取模塊；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光纖傳感信號和所述第二光纖傳感信號為二維數(shù)組，包括噪聲和待測信號；

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量系統(tǒng)，其特征在于，所述背景模型構(gòu)建模塊中，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于背景扣除技術(shù)的光纖分布式測量方法及系統(tǒng)，涉及信號處理領(lǐng)域，方法包括：在無外界待測信號時，采集K組M×N的第一光纖傳感信號，并制作背景模型，并對背景模型和模型參數(shù)進(jìn)行更新；在有外界待測信號時，采集j組M×N的第二光纖傳感信號，并將第二光纖傳感信號與背景模型進(jìn)行相互匹配，判斷當(dāng)前信號的像素點類型；若第二光纖傳感信號與背景模型相互匹配，則像素點為背景點，將背景點用于繼續(xù)更新背景模型；若第二光纖傳感信號與背景模型不匹配，則像素點為前景點，前景點用于替換背景點；基于背景模型的更新信息得到光纖傳感信號的相位變化的大小和發(fā)生位置，從而得到外界待測信號的大小和發(fā)生位置，完成分布式測量。

技術(shù)研發(fā)人員：何茜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長沙理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6