一种应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法与流程

1.本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法。


背景技术：

2.分布式光纤声波传感系统是基于光的散射和相位敏感光时域反射(ф-otdr)原理。光在光纤中传播会产生瑞利散射，属于弹性散射，当光纤某一点受应力作用时，该点的散射特性将发生变化，从后向瑞利散射光沿着光纤反向传输的信息也会发生相应的变化。ф-otdr是对传统otdr技术的一种改进，ф-otdr使用超窄线宽激光器作为光源，注入光纤的是强相干光，因此输出信号为脉冲范围内后向瑞利散射光的相干干涉结果，根据该相干干涉结果可以定位声波产生的具体位置，也可定量判断声波产生的频率及相对幅度。
3.分布式光纤声波传感系统中，光纤中的每一点可作为单独传感单元。但是，随着光纤长度以及声波信号频率的增加，在短时间内海量数据的传输和计算处理成为了难题，严重影响系统响应速度。
4.传统的分布式光纤声波传感系统的信号处理方法存在信噪比低、解调精度差等问题，中国专利cn105606196a，专利名称为：一种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统，提出了利用信号自混频的方法，将信号变频到基带上，可降低所需的数据采样率，以提升系统的实时性能。然而这种方案的解调信号受到光幅度影响，无法将外界扰动大小与其解调信号与建立精确的线性关系，限制了ф-otdr光纤传感系统的应用范围，同时该方案增加了光路和器件的复杂度。
5.为了解决信号数据量大的问题，中国专利cn109540280a，专利名称为：一种相位敏感型光时域反射系统提高效率的信号处理方法，其中提出选定固定窗口宽度，在距离轴上将中频信号划分成首尾相接的区间，通过分析光纤在不同位置瑞利散射光的相位关系，利用比较相位的方法定位扰动发生的具体位置，从而实现了ф-otdr系统高效信号处理的过程。然而这种方案采用固定数据传输速率以及直接解调相位，会造成海量数据冗余，使数据传输速率降低，从而导致系统响应时间加长。


技术实现要素：

6.为了解决现有分布式光纤声波传感系统信号处理过程中采用固定且较低的数据传输速率导致系统响应速度慢，以及信号处理信噪比低、解调精度差等问题，在不改变传统分布式光纤声波传感系统相干探测结构的基础上，本发明提供了一种应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，应用的分布式光纤声波传感系统为相干探测传感系统，包括超窄线宽激光模块、第一耦合模块、光调制模块、光放大模块、光环形器、第二耦合模块、光电探测模块、数据采集模块、信号解调模块及单模光
纤；
9.其中，超窄线宽激光模块发射的连续激光通过第一耦合模块将分为两路，一路进入第二耦合模块，另一路进入光调制模块调制为脉冲形式的光信号，光调制模块通过数据采集模块输出触发信号，脉冲形式的光信号经过光放大模块进行放大，再通过光环形器与单模光纤合束后进入第二耦合模块，两路光在第二耦合模块合波；第二耦合模块输出的合波信号经光电探测模块转换为模拟信号进入数据采集模块，再经数据采集模块对模拟信号进行采集转换为数字信号，传输至信号解调模块进行数据处理；
10.所述光调制模块调制用于将激光调制为脉冲光，同时让激光脉冲获得固定频率的移频，其最大调制频率为akhz；数据采集模块中数据采集卡的采样率为bmhz；
11.其特征在于：
12.包括以下步骤：
13.步骤1)、设定初始数据采集模块信号的传输频率、数据采集时间间隔及采样数据组数；
14.指定数据采集模块的信号传输频率f，数据采集时间间隔为τ，则采样数据组数为τ/f；
15.步骤2)、根据系统空间采样分辨率设定初始的原始数据采样长度，并开始采集单模光纤设定范围内的原始数据g(n)；
16.定义光纤长度为l，根据数据采集模块采样率fs＝250mhz及光在光纤中的传播速度c＝2
×
108m/s，得到系统空间采样分辨率δl＝c/(2
×
fs)，则δl＝0.4m；
17.由l/δl＝2.5l，故将初始的原始数据采样长度设定为2.5l，原始数据表示为g(n)，n＝1,2,3
…
；
18.步骤3)、根据原始数据有效数据长度，判断采样数据是否为全段光纤数据；
19.根据数据采集系统采集到的数据图像，计算采样数据有效数据长度m，比较有效数据长度m与采样数据采样长度的大小；
20.若m＜2.5l，则采样数据中存在无效数据，进入步骤4)；
21.若m＝2.5l，则采样数据均为有效数据，对原始数据进行相位解调，进入步骤9)；
22.步骤4)、计算采样数据的光强幅值差分hi(n)；
23.步骤5)、根据不同采样数据组的光强幅值差分值hi(n)，判断采集过程中是否有声波振动事件发生；
24.当光强幅值差分值大于等于振动事件设定阈值，则判定有声波振动事件发生，进入步骤6)；
25.当光强幅值差分值小于振动事件设定阈值，则判定无声波振动事件发生，则进入步骤16)；
26.步骤6)、根据光强幅值差分的波形图，得到声波振动的定位zj；
27.从光强幅值差分的波形图可以得到声波振动的定位zj，j为声波振动点序号，j＝1，2，3，...，r；
28.步骤7)、根据声波振动的位置调整采样数据采集范围；
29.选择z1左侧第x个采样点的位置作为数据采集起始位置，zr右侧第x个采样点的位置作为数据采集终点位置；
30.将默认状态下的全段光纤数据采集范围0～2.5l调整为(z
1-x)～(zr+x)，则采样数据为g(n)，n＝(z
1-x)，...，(zr+x)；
31.步骤8)、调整并设定数据采集模块信号传输频率、数据采集时间间隔采样数据组数；
32.将数据采集模块信号传输频率f设置为最大值f
max
，采样组数设置为c组，则数据采样时间间隔为c/f
max
，返回进入步骤2)；
33.步骤9)、对采样数据进行相位解调，计算得到输出相位差分值数组δφj(n)；
34.步骤10)、根据输出相位差分值数组δφj(n)，判断采集过程中是否有声波振动事件发生；
35.当相位差分值大于等于振动事件设定阈值，则判定有声波振动事件发生，进入步骤11)；
36.当相位差分值小于振动事件设定阈值，则判定无声波振动事件发生，进入步骤15)；
37.步骤11)、根据频谱解调方法得到每个声波振动处的振动频率f1，f2，f3，...，fr；
38.步骤12)、计算声波振动的最大振动频率f
max
39.f
max
＝max(f1，f2，f3，...，fr)；
40.步骤13)、根据奈奎斯特采样定理，可知当数据采集模块信号传输频率f为最大振动频率的2倍以上即可解析得到有效频谱图，故比较f
max
与f
max
的大小，判断是否需要调整数据传输频率；
41.若2f
max
≤f
max
≤5f
max
，进入步骤16)；
42.若f
max
≥5f
max
，则，进入步骤14)；
43.步骤14)、调整数据采集模块信号传输频率f，满足2f
max
≤f≤5f
max
；
44.步骤15)、设置初始原始数据采样长度为2.5l；
45.步骤16)、判断系统是否停止运行，若是则结束，若否则返回步骤2)。
46.进一步地，所述步骤4)具体为：
47.4.1对采样数据进行混频、滤波、解调，得到i(n)和q(n)两路信号；
48.4.2计算不同采样数据组的光强幅值si(n)，
[0049][0050]
不同采样数据组的光强幅值表示为si(n)，i为采样数据组数，i＝1，2，3...；
[0051]
4.3计算不同采样数据组的光强幅值差分hi(n)，
[0052]hi
(n)＝|s
i+1
(n)-si(n)|。
[0053]
进一步地，所述步骤9)具体为：
[0054]
9.1)、对采样数据g(n)进行混频、滤波、解调，得到i(n)和q(n)两路信号；
[0055]
9.2)、对i(n)和q(n)两路信号进行反正切及和值域扩展后，得到信号的输出相位
[0056]
其中i代表不同采样数据组，j代表声波振动点序号，i＝1，2，3...，c，j＝1，2，3，...，r；
[0057]
则z1处的相位值数组为
[0058]
z2处的相位值数组为......；
[0059]
zr处的相位值数组为
[0060]
9.3)、消除初始相位，得到消除后的相位值
[0061][0062]
9.4)、进一步去除相位基底，得到去除相位基底后的相位值；
[0063]
k时刻去除相位基底后的相位值
[0064][0065]
连续采样的第k组数据，即连续运行的k时刻；
[0066]
9.5)、计算相位差分值
[0067][0068]
9.6)、输出相位差分值数组δφj(n)，
[0069][0070]
进一步地，步骤1)中，所述信号传输频率0.3hz＜f＜5hz，数据采集时间间隔τ＝10s。
[0071]
进一步地，所述光调制模块调制(3)最大调制频率a为20khz；所述数据采集模块(8)中数据采集卡的采样率b为250mhz。
[0072]
进一步地，步骤7)中，x＝10。
[0073]
进一步地，步骤8)中，c＝100。
[0074]
进一步地，步骤1)中，f＝1hz。
[0075]
与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
[0076]
1、本发明应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，根据声波振动事件有无或者振动频率大小，自动调整数据采集模块数据传输速率，避免了海量原始数据冗余，提高了系统响应速度。
[0077]
2、本发明应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，采用光强幅值差分解调与相位解调两种方式相结合的方法，快速精准提取有效数据，加快数据处理速度，进一步提高了系统响应时间。
[0078]
3、本发明应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法中相位解调处理过程中，增加了消除初始相位以及去除基底的步骤，可以有效提高系统信噪比，优化系统频率解调精度。
附图说明
[0079]
图1是本发明应用于分布式光纤声波传感系统结构示意图；
[0080]
图2是本发明应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法的流程示意图；
[0081]
图3是本发明实施例中原始数据有效长度示意图；
[0082]
图4是本发明实施例中光强幅值差分示意图；
[0083]
图5是本发明实施例中调整后的原始数据采集范围示意图；
[0084]
图6是本发明实施例中相位解调流程示意图；
[0085]
图7是本发明实施例中相位差分值波形输出结果示意图；其中图(a)为振动点z1处的相位差分值波形图，图(b)为振动点z2处的相位差分值波形图，图(c)为振动点zr处的相位差分值波形图；
[0086]
附图标记：
[0087]
1-超窄线宽激光模块，2-第一耦合模块，3-光调制模块，4-光放大模块，5-光环形器，6-第二耦合模块，7-光电探测模块，8-数据采集模块，9-信号解调模块，10-单模光纤。
具体实施方式
[0088]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
[0089]
如图1所述，本发明实施例采用的分布式光纤声波传感系统以传统分布式光纤声波传感系统相干探测结构为基础，包括超窄线宽激光模块1、第一耦合模块2、光调制模块3、光放大模块4、光环形器5、第二耦合模块6、光电探测模块7、数据采集模块8、信号解调模块9及单模光纤10。
[0090]
其中，超窄线宽激光模块1发射的连续激光通过第一耦合模块2将分为两路，一路进入第二耦合模块6，另一路进入光调制模块3调制为脉冲形式的光信号，光调制模块3通过数据采集模块8输出触发信号，脉冲形式的光信号经过光放大模块4进行放大，再通过光环形器5与单模光纤10合束后进入第二耦合模块6，两路光在第二耦合模块6合波。第二耦合模块6输出的合波信号经光电探测模块7转换为模拟信号进入数据采集模块8，再经数据采集模块8对模拟信号进行采集转换为数字信号，传输至信号解调模块9进行数据处理。
[0091]
系统关键指标为：光调制模块调制3用于将激光调制为脉冲光，同时让激光脉冲获得固定频率的移频，其最大调制频率为20khz。数据采集模块8中数据采集卡的采样率为250mhz。
[0092]
如图2所述，本发明应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，包括以下步骤：
[0093]
步骤1)、设定初始数据采集模块信号的传输频率、数据采集时间间隔及采样数据组数；
[0094]
在一般情况下无声波振动产生，数据采集模块设定的传输频率越大，系统就会产生越多数据，增加系统运算量，延长系统响应时间，因此，数据采集模块需要设定合理的信号传输频率。
[0095]
指定数据采集模块的信号传输频率f，数据采集时间间隔为τ，数据采集模块的信
号传输频率f在无声波振动发生时通常取0.3～5hz，本实施例中取值为f＝1hz，τ＝10s，则默认状态下采样数据组数为10。
[0096]
步骤2)、根据系统空间采样分辨率设定初始的原始数据采样长度，并开始采集单模光纤10设定范围内的原始数据g(n)；
[0097]
定义光纤长度为l，根据数据采集模块采样率fs＝250mhz及光在光纤中的传播速度c＝2
×
108m/s，得到系统空间采样分辨率δl＝c/(2
×
fs)，则δl＝0.4m；
[0098]
由于l/δl＝2.5l，故将初始的原始数据采样长度设定为2.5l，原始数据表示为g(n)，n＝1，2，3...。
[0099]
步骤3)、根据原始数据有效数据长度，判断采样数据是否为全段光纤数据；
[0100]
如图3所示，根据数据采集系统采集到的数据图像，计算采样数据有效数据长度m，比较有效数据长度m与采样数据采样长度的大小；
[0101]
若m＜2.5l，则采样数据中存在无效数据，进入步骤4)；
[0102]
若m＝2.5l，则采样数据均为有效数据，对原始数据进行相位解调，进入步骤9)；
[0103]
若m＞2.5l，即有效数据长度大于设定数据采样长度，说明系统出现故障。
[0104]
步骤4)、计算采样数据的光强幅值差分hi(n)
[0105]
4.1对采样数据进行混频、滤波、解调，得到i(n)和q(n)两路信号；
[0106]
4.2计算不同采样数据组的光强幅值si(n)
[0107][0108]
不同采样数据组的光强幅值表示为si(n)，i为采样数据组数，i＝1，2，3...10；
[0109]
4.3计算不同采样数据组的光强幅值差分hi(n)
[0110]hi
(n)＝|s
i+1
(n)-si(n)|。
[0111]
步骤5)、根据不同采样数据组的光强幅值差分值hi(n)，判断采集过程中是否有声波振动事件发生；
[0112]
当光强幅值差分值大于等于振动事件设定阈值，则判定有声波振动事件发生，则需要进一步解调振动频率与幅度，进入步骤6)；
[0113]
当光强幅值差分值小于振动事件设定阈值，则判定无声波振动事件发生，则进入步骤16)。
[0114]
步骤6)、根据光强幅值差分的波形图，得到声波振动的定位zj；
[0115]
如图4所示，从光强幅值差分的波形图可以得到声波振动的定位zj，j为声波振动点序号，j＝1，2，3，...，r。
[0116]
步骤7)、根据声波振动的位置调整采样数据采集范围；
[0117]
选择z1左侧第x个采样点的位置作为数据采集起始位置，zr右侧第x个采样点的位置作为数据采集终点位置，一般x取10；
[0118]
如图5所示，将默认状态下的全段光纤数据采集范围0～2.5l调整为(z
1-10)～(zr+10)，则采样数据为g(n)，n＝(z
1-10)，...，(zr+10)。
[0119]
步骤8)、调整并设定数据采集模块信号传输频率、数据采集时间间隔采样数据组数；
[0120]
将数据采集模块信号传输频率f设置为最大值f
max
，采样组数设置为100组，则数据
采样时间间隔为100/f
max
，返回进入步骤2)。
[0121]
步骤9)、如图6所示，对采样数据进行相位解调，计算得到输出相位差分值数组δφj(n)；
[0122]
9.1)、对采样数据g(n)进行混频、滤波、解调，得到i(n)和q(n)两路信号；
[0123]
9.2)、对i(n)和q(n)两路信号进行反正切及和值域扩展后，得到信号的输出相位
[0124]
其中i代表不同采样数据组，j代表声波振动点序号，i＝1，2，3...，100，j＝1，2，3，...，r；
[0125]
则z1处的相位值数组为
[0126]
z2处的相位值数组为......；
[0127]
zr处的相位值数组为
[0128]
9.3)、消除初始相位，得到消除后的相位值
[0129][0130]
9.4)、进一步去除相位基底，得到去除相位基底后的相位值；
[0131]
k时刻去除相位基底后的相位值
[0132][0133]
连续采样的第k组数据，即连续运行的k时刻；
[0134]
9.5)、计算相位差分值
[0135][0136]
9.6)、如图7所示，输出相位差分值数组δφj(n)
[0137][0138]
其中，图(a)为振动点z1处的相位差分值δφ1(n)的波形图；图(b)为振动点z2处的相位差分值δφ2(n)的波形图；图(c)为振动点zr处的相位差分值δφr(n)的波形图。
[0139]
图7中的波形图表示各个振动点的相位差分时域图，相互之间为并列关系。
[0140]
步骤10)、根据输出相位数组δφj(n)值，判断采集过程中是否有声波振动事件发生；
[0141]
当相位差分值大于等于振动事件设定阈值，则判定有声波振动事件发生，进入步骤11)；
[0142]
当相位差分值小于振动事件设定阈值，则判定无声波振动事件发生，进入步骤15)。
[0143]
步骤11)、根据频谱解调方法得到每个声波振动处的振动频率f1，f2，f3，...，fr。
[0144]
步骤12)、计算声波振动的最大振动频率f
max
[0145]fmax
＝max(f1，f2，f3，...，fr)。
[0146]
步骤13)、根据奈奎斯特采样定理，可知当数据采集模块信号传输频率f为最大振动频率的2倍以上即可解析得到有效频谱图，故比较f
max
与f
max
的大小，判断是否需要调整数据传输频率；
[0147]
若2f
max
≤f
max
≤5f
max
，则不需要调整数据采集模块信号传输频率，进入步骤16)；
[0148]
若f
max
≥5f
max
，则，进入步骤14)。
[0149]
步骤14)、调整数据采集模块信号传输频率f，满足2f
max
≤f≤5f
max
。
[0150]
步骤15)、设置初始原始数据采样长度为2.5l。
[0151]
步骤16)、判断系统是否停止运行，若是，则结束，若否，则返回步骤2)；
[0152]
是否停止取决于软件操作者，软件操作者要关闭系统就停止，软件操作者要系统继续运行就不停止。
[0153]
上述步骤进行分布式光纤声波传感系统的信号数据处理时，采用光强幅值差分解调与相位解调两种方式相结合的方法，快速精准提取有效数据，加快数据处理速度；根据采样过程声波振动事件有无或者振动频率大小，自动调整数据采集模块数据传输速率，避免了海量原始数据冗余，提高了系统响应速度。同时在相位解调处理过程中，增加了消除初始相位以及去除基底的步骤，可以有效提高系统信噪比，优化系统频率解调精度。
[0154]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，应用的分布式光纤声波传感系统为相干探测传感系统，包括超窄线宽激光模块(1)、第一耦合模块(2)、光调制模块(3)、光放大模块(4)、光环形器(5)、第二耦合模块(6)、光电探测模块(7)、数据采集模块(8)、信号解调模块(9)及单模光纤(10)；其中，超窄线宽激光模块(1)发射的连续激光通过第一耦合模块(2)将分为两路，一路进入第二耦合模块(6)，另一路进入光调制模块(3)调制为脉冲形式的光信号，光调制模块(3)通过数据采集模块(8)输出触发信号，脉冲形式的光信号经过光放大模块(4)进行放大，再通过光环形器(5)与单模光纤(10)合束后进入第二耦合模块(6)，两路光在第二耦合模块(6)合波；第二耦合模块(6)输出的合波信号经光电探测模块(7)转换为模拟信号进入数据采集模块(8)，再经数据采集模块(8)对模拟信号进行采集转换为数字信号，传输至信号解调模块(9)进行数据处理；所述光调制模块调制(3)用于将激光调制为脉冲光，同时让激光脉冲获得固定频率的移频，其最大调制频率为akhz；数据采集模块(8)中数据采集卡的采样率为bmhz；其特征在于：包括以下步骤：步骤1)、设定初始数据采集模块信号的传输频率、数据采集时间间隔及采样数据组数；指定数据采集模块的信号传输频率f，数据采集时间间隔为τ，则采样数据组数为τ/f；步骤2)、根据系统空间采样分辨率设定初始的原始数据采样长度，并开始采集单模光纤(10)设定范围内的原始数据g(n)；定义光纤长度为l，根据数据采集模块采样率fs＝250mhz及光在光纤中的传播速度c＝2
×
108m/s，得到系统空间采样分辨率δl＝c/(2
×
fs)，则δl＝0.4m；由l/δl＝2.5l，故将初始的原始数据采样长度设定为2.5l，原始数据表示为g(n)，n＝1,2,3
…
；步骤3)、根据原始数据有效数据长度，判断采样数据是否为全段光纤数据；根据数据采集系统采集到的数据图像，计算采样数据有效数据长度m，比较有效数据长度m与采样数据采样长度的大小；若m＜2.5l，则采样数据中存在无效数据，进入步骤4)；若m＝2.5l，则采样数据均为有效数据，对原始数据进行相位解调，进入步骤9)；步骤4)、计算采样数据的光强幅值差分h
i
(n)；步骤5)、根据不同采样数据组的光强幅值差分值h
i
(n)，判断采集过程中是否有声波振动事件发生；当光强幅值差分值大于等于振动事件设定阈值，则判定有声波振动事件发生，进入步骤6)；当光强幅值差分值小于振动事件设定阈值，则判定无声波振动事件发生，则进入步骤16)；步骤6)、根据光强幅值差分的波形图，得到声波振动的定位z
j
；从光强幅值差分的波形图可以得到声波振动的定位z
j
，j为声波振动点序号，j＝1，2，3，...，r；步骤7)、根据声波振动的位置调整采样数据采集范围；
选择z1左侧第x个采样点的位置作为数据采集起始位置，z
r
右侧第x个采样点的位置作为数据采集终点位置；将默认状态下的全段光纤数据采集范围0～2.5l调整为(z
1-x)～(z
r
+x)，则采样数据为g(n)，n＝(z
1-x)，...，(z
r
+x)；步骤8)、调整并设定数据采集模块信号传输频率、数据采集时间间隔采样数据组数；将数据采集模块信号传输频率f设置为最大值f
max
，采样组数设置为c组，则数据采样时间间隔为c/f
max
，返回进入步骤2)；步骤9)、对采样数据进行相位解调，计算得到输出相位差分值数组δφ
j
(n)；步骤10)、根据输出相位差分值数组δφ
j
(n)，判断采集过程中是否有声波振动事件发生；当相位差分值大于等于振动事件设定阈值，则判定有声波振动事件发生，进入步骤11)；当相位差分值小于振动事件设定阈值，则判定无声波振动事件发生，进入步骤15)；步骤11)、根据频谱解调方法得到每个声波振动处的振动频率f1，f2，f3，...，f
r
；步骤12)、计算声波振动的最大振动频率f
max
f
max
＝max(f1，f2，f3，...，f
r
)；步骤13)、根据奈奎斯特采样定理，可知当数据采集模块信号传输频率f为最大振动频率的2倍以上即可解析得到有效频谱图，故比较f
max
与f
max
的大小，判断是否需要调整数据传输频率；若2f
max
≤f
max
≤5f
max
，进入步骤16)；若f
max
≥5f
max
，则，进入步骤14)；步骤14)、调整数据采集模块信号传输频率f，满足2f
max
≤f≤5f
max
；步骤15)、设置初始原始数据采样长度为2.5l；步骤16)、判断系统是否停止运行，若是则结束，若否则返回步骤2)。2.根据权利要求1所述的应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：4.1对采样数据进行混频、滤波、解调，得到i(n)和q(n)两路信号；4.2计算不同采样数据组的光强幅值s
i
(n)，不同采样数据组的光强幅值表示为s
i
(n)，i为采样数据组数，i＝1，2，3...；4.3计算不同采样数据组的光强幅值差分h
i
(n)，h
i
(n)＝|s
i+1
(n)-s
i
(n)|。3.根据权利要求2所述的应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，其特征在于：所述步骤9)具体为：9.1)、对采样数据g(n)进行混频、滤波、解调，得到i(n)和q(n)两路信号；9.2)、对i(n)和q(n)两路信号进行反正切及和值域扩展后，得到信号的输出相位
其中i代表不同采样数据组，j代表声波振动点序号，i＝1，2，3...，c，j＝1，2，3，...，r；则z1处的相位值数组为z2处的相位值数组为处的相位值数组为z
r
处的相位值数组为9.3)、消除初始相位，得到消除后的相位值9.3)、消除初始相位，得到消除后的相位值9.4)、进一步去除相位基底，得到去除相位基底后的相位值；k时刻去除相位基底后的相位值k时刻去除相位基底后的相位值连续采样的第k组数据，即连续运行的k时刻；9.5)、计算相位差分值9.5)、计算相位差分值9.6)、输出相位差分值数组δφ
j
(n)，4.根据权利要求1所述的应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，其特征在于：步骤1)中，所述信号传输频率0.3hz＜f＜5hz，数据采集时间间隔τ＝10s。5.根据权利要求4所述的应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，其特征在于：所述光调制模块调制(3)最大调制频率a为20khz；所述数据采集模块(8)中数据采集卡的采样率b为250mhz。6.根据权利要求1所述的应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，其特征在于：步骤7)中，x＝10。7.根据权利要求6所述的应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，其特征在于：步骤8)中，c＝100。8.根据权利要求4所述的应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法，其特征在于：步骤1)中，f＝1hz。

技术总结
本发明为解决现有分布式光纤声波传感系统信号处理过程中采用固定且较低的数据传输速率导致系统响应速度慢，以及信号处理信噪比低、解调精度差等问题，在不改变传统分布式光纤声波传感系统相干探测结构的基础上，提供了一种应用于分布式光纤声波传感系统的信号数据处理方法。本方法采用光强幅值差分解调与相位解调两种方式相结合的方法，快速精准提取有效数据，加快数据处理速度；根据采样过程声波振动事件有无或者振动频率大小，自动调整数据采集模块数据传输速率，避免原始数据冗余，提高系统响应速度；在相位解调处理过程中，增加了消除初始相位以及去除基底的步骤，提高系统信噪比，优化系统频率解调精度。优化系统频率解调精度。优化系统频率解调精度。


技术研发人员：周航 康利军 殷俊
受保护的技术使用者：西安和其光电科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2023/9/20