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光学学报 2017年第8期37卷 81-90页

作者：沈隆翔封皓沙洲曾周末天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

基于模拟下变频器、数字IQ解调和反向传播(BP)神经网络,采用现场可编程门阵列结合数字信号处理器(FPGA+DSP)的数据采集和处理架构,提出了一种全嵌入式高信噪比(SNR)、高分辨率和低成本的外差型相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术模式识别... 详细信息

基于模拟下变频器、数字IQ解调和反向传播(BP)神经网络,采用现场可编程门阵列结合数字信号处理器(FPGA+DSP)的数据采集和处理架构,提出了一种全嵌入式高信噪比(SNR)、高分辨率和低成本的外差型相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术模式识别方法。针对外差型Φ-OTDR技术,使用DSP、FPGA及其外围硬件电路替代原有的GHz级高速采集卡和信号发生器,减小了系统的体积和成本。在此基础上,设计了基于时空域二维图提取形态学特征的方法,并采用BP神经网络进行分类识别;所提方法相对于传统的针对一维信号进行模式识别的方法误报率更低、识别率更高。实验结果表明,所设计的基于FPGA+DSP全嵌入式并行信号处理架构满足实时监测的要求,SNR高达12.43dB,事件识别准确率达到97.78%。

关键词：光纤光学相位敏感光时域反射仪模式识别外差探测数字IQ解调形态学特征提取

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基于下变频和IQ解调的外差φ-OTDR模式识别方法

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作者：沈隆翔天津大学

学位级别：硕士

本文介绍了一种基于相位式光时域反射计（φ-OTDR）的分布式光纤识别预警系统,具有信噪比高、实时性能好和事件分类准确的优点,能够用于长距离管道泄漏预警等领域。在深入研究φ-OTDR国内外发展现状的基础上,本文设计了一种基于外差探... 详细信息

本文介绍了一种基于相位式光时域反射计（φ-OTDR）的分布式光纤识别预警系统,具有信噪比高、实时性能好和事件分类准确的优点,能够用于长距离管道泄漏预警等领域。在深入研究φ-OTDR国内外发展现状的基础上,本文设计了一种基于外差探测和全嵌入式架构的φ-OTDR识别预警系统,通过结合模拟下变频技术,数字IQ解调算法,图像处理和BP神经网络来实现实时监测。外差探测中AOM引入了200M载频,采用下变频电路可以消除载频,降低对采样率的要求。传统结构采用信号发生器和GHZ采集卡产生调制脉冲并实现高速同步采样,本设计改进为FPGA及其外围电路,降低了成本和体积。在信号处理方面,采用FPGA和DSP的双核全嵌入式处理架构,提升了实时性能。在FPGA端,通过数字IQ解调算法得到信号的幅度;在DSP端,通过移动差分实现振动定位,并采用图像处理,形态学特征提取和BP神经网络识别振动类型。相较于在一维信号上进行模式识别的传统方法,此方法具有更低的误报率和更高的识别率。上位机采用QT设计,能够实时显示定位曲线并设置系统参数。经过实验证明,本文设计的硬件电路、嵌入式软件和上位机均达到预期目的,实现了实时监测,事件识别准确率超过90%。

关键词：相位敏感光时域反射仪模式识别外差探测数字IQ解调形态学特征提取全嵌入式

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