基于二维图像高斯滤波的BOTDR噪声抑制方法研究

作     者：王静娴 白清 曲晓辉 王璇 郭泓宇 王宇 靳宝全 WANG Jingxian;BAI Qing;QU Xiaohui;WANG Xuan;GUO Hongyu;WANG Yu;JIN Baoquan

作者机构：太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室山西太原030024 太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030024 山西省交通科技研发有限公司山西太原030024 

出 版 物：《光学技术》 (Optical Technique)

年 卷 期：2024年第50卷第5期

页      面：513-519页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(61975142,62005190) 山西省重点研发计划项目(202202130501004,202102130501021) 中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX20231B004) 

主　　题：分布式光纤传感 布里渊光时域反射仪 二维高斯滤波 噪声抑制 

摘      要：布里渊光时域反射仪(BOTDR)因光信号单端注入及自发布里渊散射信号弱而导致布里渊增益谱(BGS)信噪比(SNR)较低,本文提出采用二维图像高斯滤波算法对BGS图像进行处理以实现对BOTDR系统的降噪。分析了微波外差扫频BOTDR的BGS噪声信号特征,设计了二维图像高斯滤波BGS降噪算法,并在BOTDR测温实验系统上实验验证了该降噪算法的噪声抑制效果和信号处理效率。实验证明,在单频功率曲线100次累加平均的条件下,采用高斯滤波算法对二维BGS图像降噪,降噪前后BGS的SNR提升约10.7dB,变温区的波动范围由±7.79MHz降低至±2.61MHz,同时有效传感距离由约13.8km提升至约24.0km,降噪算法平均信号处理时间约为0.129s。研究表明该降噪方法可显著提升BOTDR系统的SNR,且具有良好的实时性。