基于相关脉冲编码的光纤拉曼温度传感系统的解码算法

摘要

本发明公开了一种基于相关脉冲编码的光纤拉曼温度传感系统的解码算法，针对该技术中传统解码运算的计算效率低和存储空间大的问题，首先利用重叠保留法对接收到的两组双极性拉曼散射信号分别做分段处理，在此基础上对各分段信号和Golay脉冲编码序列做基于FFT的循环相关运算，并将各段相关结果按时间顺序依次组合起来，最后将这两组运算结果对应叠加完成整个系统的去噪过程。

主权项

基于相关脉冲编码的光纤拉曼温度传感系统的解码算法，其特征在于：首先利用重叠保留法对接收到的两组双极性拉曼散射信号分别做分段处理，在此基础上对各分段信号和Golay脉冲编码序列做基于FFT的循环相关运算，并将各段相关结果按时间顺序依次组合起来，最后将这两组运算结果对应叠加完成整个系统的去噪过程，包括以下步骤：(1)、对拉曼散射信号进行采样：先后向传感光纤注入Golay单极性探测脉冲序列A⁺、A^‑、B⁺、B^‑，经探测模块实时采集后得到相应的拉曼散射信号a⁺、a^‑、b⁺、b^‑，令a＝a⁺‑a^‑，b＝b⁺‑b^‑，则与之对应的Golay双极性探测脉冲序列为A＝A⁺‑A^‑，B＝B⁺‑B^‑；(2)、利用重叠保留法对拉曼散射信号进行分段处理，具体过程如下：(a)、首先分段，以拉曼散射信号a为例，设探测脉冲序列A的长度为L(A)＝L₁、L(a)＝L₂，将拉曼散射信号a整分成与探测脉冲序列A长度相同的分段a_k，k＝1、2、3……ceil(L₂/L₁)，ceil表示向正方向取整，每个分段的拉曼散射信号a_k的长度设为L(a_k)，则L(a_k)＝L(A)＝L₁；(b)、其次扩展，以拉曼散射信号a为例，将每个分段的拉曼散射信号a_k扩展至L₁+L₁‑1长度，扩展后的拉曼散射信号a_k由前段a_k‑1的L₁‑1个保留样值点和自身的L₁个实际样值点构成，k＝2、3……ceil(L₂/L₁)，当k＝1时则通过前端补零进行扩展；(3)、对拉曼散射采样信号与相应的探测脉冲序列进行基于FFT的循环相关运算：以拉曼散射信号a为例，分别对拉曼散射信号各个扩展后的子段a_k和相应的探测脉冲序列A求傅立叶变换，共轭相乘后求其反傅立叶变换：$R_{{\mathrm{Aa}}_k}=\mathrm{IFFT}[\overline{\mathrm{FFT}\left(A\right)}·\mathrm{FFT}\left(a_k\right)]---\left(1\right)$式中，“”为共轭运算符，k＝1、2、3……ceil(L₂/L₁)，ceil表示向正方向取整；根据公式(1)计算步骤(2)分段处理后的拉曼散射信号a_k与探测脉冲序列A的2L₁‑1点循环相关，并将各段循环相关结果的前L₁‑1个点舍去，按照时间顺序将各段依次连接起来，得到探测脉冲序列A与拉曼散射采样信号a的循环相关运算结果R_Aa，同样重复步骤(2)和步骤(3)可得探测脉冲序列与B拉曼散射采样信号b的循环相关运算结果R_Bb；(4)系统最终解码运算的完成：将第三步中的R_Aa、R_Bb相叠加，完成基于Golay相关编码的光纤分布式拉曼温度传感系统的解码运算：$\begin{array}{c}y=R_{\mathrm{Aa}}+R_{\mathrm{Bb}}\\ =\left\{\begin{array}{cc}2\mathrm{Nh}\left(t\right),& \tau =0\\ 0,& \tau \ne 0\end{array}\right.\end{array}---\left(2\right)$其中N为Golay编码长度，h(t)为单脉冲系统拉曼散射信号。