數字圖像處理技術在布里淵光時域分析儀中的應用.pdf

1、分布式光纖傳感系統（distributed optical fiber sensing system:DOFS）相比于傳統的傳感器具有一系列優(yōu)勢，已經引起了工業(yè)界和學術界廣泛的關注。布里淵光時域分析儀（Brillouin optical time domain analyzer:BOTDA）是一種典型的DOFS，其超長的監(jiān)測范圍、高的空間分辨率以及高的測量精度特性更是廣泛應用于大型基礎設施的安全健康監(jiān)測領域。如何進一步提升BOTDA的傳

2、感性能，成為了新的研究熱點。
　　DOFS的信號存在著大量的相似性和冗余性，圖像降噪技術是有效去除傳感信號噪聲的一種簡單而有效的途徑，本文主要研究了數字圖像處理技術對BOTDA傳感性能的提升。首先，通過數值仿真和實驗兩方面綜合分析對比了三種不同的噪聲估計算法在BOTDA噪聲估計中的有效性與穩(wěn)定性。結果表明：基于無布里淵增益區(qū)域其標準差計算（STD）的均值和基于弱信號塊主成分分析法（W-PCA）的噪聲估計算法能相對準確地估計BOTD

3、A信號的噪聲水平，但是STD估計值沿光纖長度方向具有很大的起伏；同時，基于小波分析的噪聲估計算法過大地估計了BOTDA系統的噪聲水平。針對非局域均值濾波（non-local means:NLM）關鍵參量噪聲水平的獲取，相比之前的耗時經驗方法，提出了基于噪聲估計的NLM降噪算法，進一步加強了該算法的工程實用性。同時，搭建了簡單的短距離BOTDA系統，實驗數據分析表明基于W-PCA噪聲估計算法的NLM降噪處理不僅能有效地得抑制傳感信號的噪聲

4、，并且能很好地保持信號的細節(jié)成分；但是，由于基于小波分析的噪聲估計算法過高地估計了BOTDA信號的噪聲水平，導致了以其為噪聲水平輸入的NLM降噪處理過多地平滑信號，造成了信號細節(jié)成分的丟失。
　　最后，本文首次研究討論了NLM降噪算法在高級BOTDA系統中的應用。運用脈沖編碼技術和混合分布式放大，搭建了157公里BOTDA傳感系統。優(yōu)化的NLM降噪處理結果表明：由于基于小波分析的噪聲估計算法和以無布里淵增益區(qū)域為整體的STD估計值