一种信号探测方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及光纤传感及传感网络，更具体地，涉及一种信号探测方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、分布式光纤传感具有结构紧凑、测量距离远、实时性强的特点。尤其重要的是，分布式传感对光纤种类无特殊要求，可以通过现已铺设好的通信光纤进行传感，因此大大降低了铺设光纤的硬件成本。根据传感系统工作波长的不同，常见的分布式光纤传感包括拉曼散射传感、瑞利散射传感和布里渊散射传感。其中布里渊光纤传感技术因同时具备较好的温度与应变依赖性，在山体矿洞、石油管道、桥梁建筑等大型土木和地质结构的实时监测中发挥了越来越重要的作用。

2、布里渊散射可以分为基于自发布里渊散射的时域反射技术(botdr)和基于受激布里渊散射的时域分析技术(botda)。botdr传感系统只需将探测光输入至系统的一个端口中，其传感过程不受光纤断裂的影响，因此在工程应用中具有较大优势。然而由于自发布里渊散射的信号强度远弱于受激布里渊散射，故botdr系统的信噪比相较于botda系统低得多，传感距离也更短。因此，提高探测灵敏度是发展botdr传感技术、拓宽其应用范围的关键问题。

3、除了探测灵敏度，测量的响应速度也是关系到botdr系统传感性能的重要因素。扫频式botdr对布里渊增益谱进行逐点扫描，进而通过频移量获取待测参量的变化情况。该方案的扫频过程时间开销大、实时性差，难以及时反馈待测参量的瞬时变化。与扫频式botdr不同，斜坡辅助式botdr只测量单一频点布里渊增益的变化，并对其进行反演获取待测参量，大大提升了系统的响应速度。然而，受制于低信噪比，为了降低测量误差，就要显著增加测量次数，这大大降低了斜坡辅助式botdr系统的响应速度。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种信号探测方法、装置、电子设备及存储介质，用于提高信号探测的精确度。

2、根据本技术的第一方面，提供了一种信号探测方法，所述探测方法包括：

3、将探测光射入光纤中，并获取所述光纤中的布里渊散射光；

4、分别对所述布里渊散射光和所述探测光对应的参考光进行处理；

5、根据处理后的所述布里渊散射光和所述参考光获取对应的布里渊频移信号；

6、根据所述布里渊频移信号检测在特定频率处的光功率的变化；

7、根据所述特定频率处的光功率变化获取所述布里渊频移信号的变化；

8、通过所述布里渊频移信号的变化，获取环境变化信号。

9、通过对所述布里渊散射光和所述参考光进行信号处理并进行频谱压缩，得到频谱压缩后的布里渊频移信号，根据频谱压缩后的所述布里渊频移信号检测在特定频率处的光功率的变化，由于频谱压缩后的布里渊频移信号的线性区更陡峭，在其他变量不变的情况下，压缩后的频谱能测量更小的环境变化，能够提供更高的探测灵敏度，对应的，在压缩后的频谱上，特定频率处的光功率变化更大，进而能够有效地提高对特定频率信号的探测精度。

10、进一步的，所述分别对所述布里渊散射光和所述探测光对应的参考光进行处理，具体包括：

11、将所述布里渊散射光进行滤波和频谱压缩；

12、对所述参考光进行退偏噪声抑制和调制，并进行光信号放大。

13、通过对所述布里渊散射光进行滤波和频谱压缩，能够提高所述布里渊散射光的灵敏度；同时，通过对所述参考光进行退偏噪声抑制和调制并进行光信号放大，有利于提高信噪比，提高探测准确度。

14、进一步的，所述将所述布里渊散射光进行滤波和频谱压缩，具体包括：

15、将所述布里渊散射光按照设定的中心波长和半高全宽进行滤波和频谱压缩，得到频谱压缩后的所述布里渊散射光。

16、通过调节滤波设备的中心波长和半高全宽，可以测量待测环境情况特点不同的多种工况，提高测量的动态范围。

17、进一步的，所述对所述参考光进行退偏噪声抑制和调制，并进行光信号放大，具体包括：

18、通过改变所述参考光的偏振状态来抑制退偏噪声，得到降噪后的所述参考光；

19、对降噪后的所述参考光进行调制，产生包含两个频率边带的所述参考光；

20、对包含两个频率边带的所述参考光进行光信号放大，得到光信号放大后的所述参考光。

21、进一步的，所述根据处理后的所述布里渊散射光和所述参考光获取对应的布里渊频移信号，具体包括：

22、将滤波和频谱压缩后的所述布里渊散射光和光信号放大后的所述参考光进行功率平衡，得到功率相同的所述布里渊散射光和所述参考光；

23、将功率相同的所述布里渊散射光和所述参考光进行拍频，得到对应的所述布里渊频移信号。

24、进一步的，所述特定频率根据频移频率范围设置，所述频移频率范围与所述布里渊频移信号的线性区域对应。

25、通过在所述布里渊频移信号的线性区域对应的频率范围内设置一个特定频率，作为光功率检测的工作频率，当待测环境信号发生变化时，布里渊频移信号谱线相应地发生频谱平移，造成位于工作频率处的光功率发生改变。在布里渊频移信号谱线的线性区内，布里渊频移与在工作频率处测得的光功率近似线性相关。而布里渊频移又正比于环境信号的变化量。因此，能够通过测量工作频率处的光功率的变化反演获知温度或应变的实时变化，减少检测所需时间，提高检测效率。

26、进一步的，所述根据所述布里渊频移信号检测在特定频率处的光功率的变化，具体包括：

27、获取所述特定频率的正弦信号；

28、将所述特定频率的正弦信号与所述布里渊频移信号进行拍频，得到所述布里渊频移信号在所述特定频率处的光功率，并监测所述特定频率处的光功率的变化。

29、通过将频谱压缩后的所述布里渊频移信号与所述特定频率的正弦信号拍频，得到所述布里渊频移信号在所述特定频率处的光功率，能够对所述特定频率处的光功率进行高精度、高灵敏度的检测，提高探测准确度。

30、根据本技术的第二方面，提供了一种信号探测装置，所述装置包括：

31、光收发模块，用于将探测光射入光纤中，并获取所述光纤中的布里渊散射光；

32、光处理模块，用于分别对所述布里渊散射光和所述探测光对应的参考光进行处理；

33、信号获取模块，用于根据处理后的所述布里渊散射光和所述参考光获取对应的布里渊频移信号；

34、功率检测模块，用于根据所述布里渊频移信号检测在特定频率处的光功率的变化；

35、频移检测模块，用于根据所述特定频率处的光功率变化获取所述布里渊频移信号的变化；

36、环境获取模块，用于通过所述布里渊频移信号的变化，获取环境变化信号。

37、根据本技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

38、存储器，用于存储一个或多个计算机程序；

39、处理器，当所述一个或多个计算机程序被所述处理器执行时，实现上述第一方面所述的一种信号探测方法。

40、根据本技术的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现上述第一方面所述的一种信号探测方法。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

42、1.本发明通过对所述布里渊散射光和所述参考光进行信号处理并进行频谱压缩，得到频谱压缩后的布里渊频移信号，根据频谱压缩后的所述布里渊频移信号检测在特定频率处的光功率的变化，由于频谱压缩后的布里渊频移信号的线性区更陡峭，在其他变量不变的情况下，压缩后的频谱能测量更小的环境变化，能够提供更高的探测灵敏度，对应的，在压缩后的频谱上，特定频率处的光功率变化更大，进而能够有效地提高对特定频率信号的探测精度。

43、2.本发明通过对所述参考光进行退偏噪声抑制和调制并进行光信号放大，有利于提高信噪比，提高探测准确度，通过将功率相同的所述布里渊散射光和所述参考光进行拍频来测量所述频谱压缩后的布里渊频移信号，可以显著提高布里渊频移的测量精度。

44、3.本发明通过灵活调节滤波设备的中心波长和半高全宽，可以测量待测环境情况特点不同的多种工况，提高测量的动态范围。

45、4.本发明通过在所述布里渊频移信号的线性区域对应的频率范围内选定一个频率，作为光功率检测的工作频率，当待测环境信号发生变化时，布里渊频移信号谱线相应地发生频谱平移，造成位于工作频率处的光功率发生改变。在布里渊频移信号谱线的线性区内，布里渊频移与在工作频率处测得的光功率近似线性相关。而布里渊频移又正比于环境信号的变化量。因此，能够通过测量工作频率处的光功率的变化反演获知温度或应变的实时变化，减少检测所需时间，提高检测效率。

46、5.本发明通过将频谱压缩后的所述布里渊频移信号与所述特定频率的正弦信号拍频，能够对所述特定频率处的光功率进行高精度、高灵敏度的检测，提高探测准确度。