基于布里渊效应的分布式传感信号处理关键算法的研究

发布时间：2017-09-21 13:37

  本文关键词：基于布里渊效应的分布式传感信号处理关键算法的研究

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【摘要】：分布式光纤传感技术能够测得被测量随时间变化的状态和空间上的分布状况,学术价值和应用前景巨大。基于布里渊散射效应的分布式光纤传感因其长传感距离、高准确度测量等特性而成为传感检测的主流方向。本文展开探索了布里渊分布式光纤传感在检测准确度、传感距离方面存在的问题。具体分析如下:首先,介绍了分布式光纤传感技术的分类及国内外研究现状,阐述了布里渊散射的产生原理,重点研究了布里渊频移、光功率与温度、应变的传感关系及其传感检测技术,探索了BOTDR传感系统的性能指标以及该技术现阶段的主要问题。其次,针对布里渊移频特征高准确度检测的要求,本文提出了一种新的布里渊散射谱拟合方法CNS方法,并在此基础上进一步改进,提出了一种能够识别多频移特征的FOAAM-GRNN算法,仿真分析表明所提算法能够有效提高系统的检测准确度。再次,针对入侵传感信号高精度信息提取与识别的问题,本文首先提出了一种EMD-AWPP去噪算法,并在此基础上采用高阶谱分析有效提取了传感信号的信息特征,并通过基于粒子群优化的支持向量机方法准确识别出了信号类型。仿真分析表明该技术能够高精确的对入侵传感信号进行信息提取与识别。最后,为了提高传感信号强度与传感距离,本文提出了G-S编码技术,并将其和叠加平均结合使用,该方法不仅保证了空间分辨率,用有效长的编码长度提高了系统的传感距离,而且可以在增强脉冲响应强度的同时降低叠加平均的次数。
【关键词】：分布式光纤传感 布里渊散射 拟合算法 信息识别 Simplex编码
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O437.2;TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题来源、背景及研究意义10
• 1.2 分布式光纤传感的分类10-12
• 1.3 基于Brillouin散射的光纤传感研究现状12-14
• 1.3.1 基于BOTDA的分布式光纤传感12-13
• 1.3.2 基于BOTDR的分布式光纤传感13-14
• 1.3.3 基于BOFDA的分布式光纤传感14
• 1.4 论文的结构及主要内容14-16
• 第2章 BOTDR分布式光纤传感系统的理论基础16-34
• 2.1 光纤中的Brillouin散射16-19
• 2.1.1 自发Brillouin散射产生原理17-18
• 2.1.2 受激Brillouin散射产生原理18
• 2.1.3 布里渊散射频谱18-19
• 2.2 Brillouin散射与温度、应变的传感原理19-23
• 2.2.1 Brillouin散射频移与温度、应变的关系20-21
• 2.2.2 Brillouin散射功率与温度、应变的关系21
• 2.2.3 Brillouin散射强度与温度、应变的关系21-23
• 2.3 Brillouin散射信号的检测技术23-26
• 2.3.1 自发Brillouin散射的直接检测23-25
• 2.3.2 自发Brillouin散射的相干检测25-26
• 2.4 BOTDR分布式系统结构分析26-29
• 2.4.1 基于微波外差探测的BOTDR技术27
• 2.4.2 基于声光移频探测的BOTDR技术27-28
• 2.4.3 基于电光移频探测的BOTDR技术28-29
• 2.5 BOTDR传感系统性能分析29-33
• 2.5.1 系统动态范围的分析29
• 2.5.2 系统空间分辨率的分析29-30
• 2.5.3 系统信噪比的分析30-31
• 2.5.4 应变与温度分辨率的分析31-32
• 2.5.5 系统性能的提高方法32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 BOTDR散射谱特征提取算法研究34-54
• 3.1 Brillouin散射谱模型34-35
• 3.2 CNS算法在传感散射谱特征提取中的应用35-38
• 3.2.1 布谷鸟算法35-36
• 3.2.2 牛顿算法36-37
• 3.2.3 CNS优化算法37-38
• 3.3 FOAAM-GRNN算法在传感散射谱特征提取中的应用38-41
• 3.3.1 自适应变异果蝇算法38-39
• 3.3.2 广义回归神经网络算法39-40
• 3.3.3 FOAAM-GRNN算法40-41
• 3.4 实验与仿真分析41-52
• 3.4.1 BOTDR系统整体设计方案41-42
• 3.4.2 BOTDR系统关键模块42-44
• 3.4.3 CNS算法实验分析44-47
• 3.4.4 FOAAM-GRNN算法仿真分析47-49
• 3.4.5 TTDF融合算法及仿真分析49-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 BOTDR传感信号识别算法研究54-66
• 4.1 信号EMD-AWPP去噪分析54-57
• 4.2 信号HOSA特征提取57-60
• 4.3 信号SVM信息分类60-61
• 4.4 仿真分析61-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 BOTDR信号编码算法研究66-82
• 5.1 编码技术基本原理66-67
• 5.2 G-S编码基本原理67-72
• 5.2.1 Simplex码基本应用67-70
• 5.2.2 Golay码基本应用70-72
• 5.2.3 G-S码基本应用72
• 5.3 系统性能的提高72-75
• 5.3.1 系统信噪比73-74
• 5.3.2 系统动态范围74
• 5.3.3 系统空间分辨率74-75
• 5.4 G-S编码仿真分析75-81
• 5.4.1 系统建模分析75-76
• 5.4.2 模拟仿真分析76-81
• 5.5 本章小结81-82
• 结论82-83
• 参考文献83-89
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果89-90
• 致谢90

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本文编号：894818