基于分布式光纤传感的围界入侵信号处理研究

作     者：邢瑞峰 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵向鑫

授予年度：2024年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光纤布拉格光栅 奇异谱分析算法 信号处理 串扰噪声 低秩近似 

摘      要：光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是一种基于光纤的传感器,具有许多优点,如高灵敏度、高精度、分布式监测能力、抗干扰能力强、远程监测和可编程性等。这些优点使得光纤布拉格光栅在结构监测、环境监测、油气勘探、医疗等领域得到广泛应用。近年来,随着对光纤布拉格光栅的需求不断增加,对其精度、反应能力和鲁棒性也提出了越来越高的要求。 本文围绕光纤光栅系统的传感机制、噪声种类、噪声的形成过程、信号处理方法和评价指标以及解调系统性能验证等方面进行阐述。提出了一种改进的奇异谱分析算法,以提高光纤光栅系统的性能。该算法利用信号的奇异谱特性对噪声进行辨识和去除,从而提高信号的准确性和可靠性。为了验证算法的去噪效果,我们采用信噪比(SNR)和均方根误差(RMSE)这两种评价指标,并与传统的去噪算法进行比较。实验证明,在不同信噪比的环境下,本文提出的算法具有最高的信噪比提升和最小的均方根误差,可以有效保留信号中的有用信息并尽可能地去除噪声,其中在1d B的仿真环境下,信噪比提高了10d B,均方根误差为0.0402。 最后,搭建了一个光纤光栅应力传感成像光谱解调系统,并应用我们提出的改进奇异谱分析算法对光信号进行去噪。为了验证解调系统对应力的实际情况进行准确解读,通过测量光纤的频谱响应来确定解调系统的精确度。实验结果表明,本文提出的解调系统在实际工程中具有较高的性能,受温度干扰较小不影响正常使用。