【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感，具体涉及一种分布式光纤声波振动传感方法及系统、计算设备。
技术介绍
1、分布式光纤声波振动传感技术基于光纤中瑞利散射光的相干性实现对声波和振动信号的分布式探测。其基本原理是利用相干背向瑞利散射光的相位而非光强探测音频范围内的声音或振动等信号。当光脉冲在光纤中传输时，如果光纤中存在不均匀的材料，光脉冲会与这些不均匀的材料相互作用，产生后向散射。通过检测相位变化可以知道发生的振动事件。同时，由于光速是固定的，通过计算散射光返回的时间，可以获得发生振动事件的位置信息。
2、分布式光纤声波振动传感技术可以实现数十公里范围内的连续振动或声信息获取，空间分辨率可达数米，能够实时测量数万道信息的幅度、频率、相位等全尺度信息。布式光纤声波振动传感技术可以用于地下油气管道的泄漏监测和地震波探测，实时监测海底地震、海啸等自然现象，为海洋科学研究提供支持，以及围墙、围栏等周界入侵检测，还可用于桥梁、道路、建筑物等基础设施的结构健康监测和智能交通管理。
3、近年来，国内外研究人员在分布式光纤声波振动传感技术方法取得了显著进展，提出了多种相位解调与定量化测量方案，如3×3耦合器相位解调技术、双脉冲外差解调技术等。现有的分布式光纤声波振动传感技术，主要依赖于光纤中的瑞利散射光探测音频范围内的声音振动等信号。由于分布式光纤传感器中使用的实芯光纤灵敏度相对较低，影响对声音振动信号的探测精度。此外，由于光纤传感产品的灵敏度极高，会导致误报率较高。目前，光纤传感技术在光纤振动声纹监测及声音还原与分析方面还存在技术空白
4、为了克服上述缺陷，本专利技术提出一种分布式光纤声波振动传感方法及相关装置，在相干接收器中将传感光纤中的瑞利散射光与参考光进行拍频，得到的拍频信号通过光电转换器转换为电信号，能够有效地提取出光纤中的声波振动信息，并将其转换为便于处理的电信号。对经过衰落噪声免疫处理的电信号进行振动信号提取，采用伪wigner-ville分布方法对振动信号进行定量分析，能够准确获取振动信号的频率、幅值以及相位等关键信息。同时，通过引入短时傅立叶变换对伪wigner-ville分布的交叉项进行抑制，进一步提高了信号分析的准确性和可靠性。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述信号分析准确性较低问题的分布式光纤声波振动传感方法及装置、计算设备。
2、根据本专利技术的一个方面，提供了一种分布式光纤声波振动传感方法，包括：
3、根据传感光纤的实时损耗、环境温度、湿度以及历史监测数据，通过自适应规则优化算法动态调整激光器的输出参数；其中，所述输出参数包括波长、功率和频率调制范围；
4、通过扫频光脉冲发生器生成具有预设频率范围和调制速率的扫频光脉冲，并将其传输至传感光纤；对传感光纤中的瑞利散射光与参考光在相干接收器中进行拍频，将得到的拍频信号通过光电转换器转换为电信号；
5、在数字信号处理器中根据多层小波包分解与变换方法对接收到的电信号进行衰落噪声免疫处理；其中，所述多层小波包分解与变换方法引入自适应层数分解方法以及基于噪声估计的自适应阈值设定方法；
6、对经过衰落噪声免疫处理的电信号进行振动信号提取，采用伪wigner-ville分布方法对振动信号进行定量分析，获取振动信号的频率、幅值以及相位；其中，所述伪wigner-ville分布方法引入短时傅立叶变换，通过短时傅立叶变换对伪wigner-ville分布的交叉项进行抑制。
7、在一种可选的方式中，所述根据多层小波包分解与变换方法对接收到的电信号进行衰落噪声免疫处理进一步包括：
8、根据所述电信号的特征和噪声水平动态确定小波包分解的层数；其中，在每一层分解中，电信号被分解为近似分量和细节分量，所述近似分量包含电信号的低频信息，所述细节分量包含电信号的高频信息；
9、通过电信号的频率以及信噪比确定最佳分解层数，基于噪声估计的自适应阈值设定方法设定每个分解层上的阈值；
10、对经过阈值处理的小波包系数，通过逐层合并近似分量和细节分量恢复原始信号。
11、在一种可选的方式中，所述采用伪wigner-ville分布方法对振动信号进行定量分析，获取振动信号的频率、幅值以及相位进一步包括：
12、通过短时傅立叶变换对伪wigner-ville分布的交叉项进行抑制；
13、根据伪wigner-ville分布公式计算振动信号的时频分布图；
14、在所述时频分布图上寻找局部峰值点，通过读取局部峰值点的时间和频率确定振动信号的频率；通过读取峰值点的高度值得到幅值；通过傅立叶变换估计振动信号的相位。
15、在一种可选的方式中，所述通过短时傅立叶变换对伪wigner-ville分布的交叉项进行抑制进一步包括：
16、将振动信号划分为一系列短时间的窗口，通过短时傅立叶变换对每个窗口进行傅里叶变换，得到每个短时间窗口内的频谱；
17、在每个短时傅立叶变换窗口内应用伪wigner-ville分布公式，计算窗口内的时频分布，以减少由于多分量信号产生的交叉项；
18、将所有窗口的wigner-ville分布结果进行组合，得到整个振动信号的时频。
19、在一种可选的方式中，所述伪wigner-ville分布的计算公式为：
20、
21、其中，t是时间变量；ω是角频率变量；h(τ)是窗函数，用于控制时间分辨率和频率分辨率的权衡；τ是时间延迟变量，用于在t附近计算x(t)的自相关函数；x(t)是待分析的信号；x*(t)是x(t)的共轭复数；j是虚数单位。
22、在一种可选的方式中，所述短时傅立叶变换的计算公式为：
23、
24、其中，x(u)为随时间变化的函数；w(u-t)为窗函数；u-t是窗函数相对于时间变量t的偏移量；e-j2πfu为傅立叶变换的复指数核，f是频率变量，j是虚数单位。
25、在一种可选的方式中，所述根据所述电信号的特征和噪声水平动态确定小波包分解的层数进一步包括：
26、计算每个分解层上的电信号的shannon熵；
27、如果当前分解层数的shannon熵高于阈值阈值，或者与前一层相比shannon熵的下降幅度超过预设百分比阈值，则增加分解层数；否则，停止增加分解层数，并将当前层数确定为最终的小波包分解层数。
28、在一种可选的方式中，所述电信号的shannon熵的计算公式为：
29、
30、其中，x代表某一分解层上的一个子信号；pi为x取第i个值的概率，∈＝1×10-6，n为信号总数，m为缩放因子，ni为在子信号x中取值等于第i个量化级别的样本点数量。
31、根据本专利技术的另一方面，提供了一种分布式光纤声波振动传感系统，包括：
32、激光器自适本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述根据多层小波包分解与变换方法对接收到的电信号进行衰落噪声免疫处理进一步包括：
3.根据权利要求1或2所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述采用伪Wigner-Ville分布方法对振动信号进行定量分析，获取振动信号的频率、幅值以及相位进一步包括：
4.根据权利要求3所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述通过短时傅立叶变换对伪Wigner-Ville分布的交叉项进行抑制进一步包括：
5.根据权利要求3或4所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述伪Wigner-Ville分布的计算公式为：
6.根据权利要求3或4所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述短时傅立叶变换的计算公式为：
7.根据权利要求2所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述根据所述电信号的特征和噪声水平动态确定小波包分解的层数进一步包括：
8.根据权利要求7所述的
9.一种分布式光纤声波振动传感系统，其特征在于，包括：
10.一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
...【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述根据多层小波包分解与变换方法对接收到的电信号进行衰落噪声免疫处理进一步包括：
3.根据权利要求1或2所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述采用伪wigner-ville分布方法对振动信号进行定量分析，获取振动信号的频率、幅值以及相位进一步包括：
4.根据权利要求3所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，所述通过短时傅立叶变换对伪wigner-ville分布的交叉项进行抑制进一步包括：
5.根据权利要求3或4所述的分布式光纤声波振动传感方法，其特征在于，...
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