基于Φ-OTDR 系统事件的快速定位方法

孟金昌

（武汉邮电科学研究院，湖北 武汉 430000）

近年来，相敏光时域反射仪（Φ-OTDR）因其具有完全分布式振动传感器的能力而备受关注[1-3]。Φ-OTDR 系统通常将高度相干的探测器光脉冲发射到传感光纤中，并接收后向散射光，以通过相干检测技术监视沿传感光纤的外部振动干扰[4-6]。与传统的OTDR 不同，传统的OTDR 仅监视沿光纤的背向散射光的变化，而Φ-OTDR 系统可检测背向散射光的相位变化[7-8]。通过提取相位变化，可以利用Φ-OTDR技术提供外部振动源类型的信息。因此，基于ΦOTDR的分布式传感器有望实现广泛的应用，如沿油气管道的异常振动检测、入侵报警和定位系统以及用于火车跟踪的分布式声学测试[9-12]。

为了在Φ-OTDR 系统中沿着传感光纤精确定位外部振动，已经提出并探索了基于幅度的定位技术和基于相位的定位技术，包括移动平均、小波变换、二维双边滤波算法、微分相位方法等[13-15]。基于幅度的定位技术，主要优点是可以通过平均方法来抑制信号衰落引起的定位错误警报[16]。然而，大多数基于幅度的定位方法都需要相对复杂的算法来逐点处理所有获取的感测数据[6-7]计算成本高。对于基于相位的定位技术，其优点是用于定位外部振动的信噪比（SNR）相对较高，可以达到10 dB。然而，由于信号衰落，Φ-OTDR 系统中不可避免地存在大量的虚警相位峰值，这导致了辨别此类虚警相位峰值的大量计算成本。

文中提出了一种快速定位方法，以提高ΦOTDR 系统定位外部振动事件的效率。由于外部振动会在振动区域之外感应出一个附加相位，而信号衰落对其位置之外的相位影响很小，因此可以先将背向散射的数据分为几个相距很远的段，进行预处理。……