【技術實現步驟摘要】
本申請涉及光纖傳感，具體而言，本申請涉及基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法。
技術介紹
1、光纖布拉格光柵(fiber?bragg?grating,fbg)作為一種光纖傳感器件，因其在惡劣環境下的可靠性、精度、靈敏度、抗電磁干擾等優點而廣泛應用于各種場景，如結構健康安全監測、房顫消融手術、高分辨率食管測壓等。fbg傳感網絡通過建立反射光譜中心波長漂移值與環境參數變化的函數關系，間接檢測外接環境變化情況。因此，獲取fbg反射光譜信號的精確中心波長值是十分重要的，這與解調系統的精度直接相關。
2、目前，尋峰算法主要有直接尋峰算法、一般多項式擬合算法、質心法、高斯擬合算法、高斯-多項式擬合算法、遺傳算法、基于steger的尋峰算法。其中，直接尋峰法計算復雜度低、響應時間短，但其適用范圍有限，當光譜分辨率低且含有一定量噪聲時，此方法尋峰精度很低；一般多項式擬合算法實現簡單，但尋峰精度有限；高斯-多項式擬合算法介于高斯擬合算法和一般多項式擬合算法之間，但是此方法極受觀測數據影響，如果峰值不在觀測點內，尋峰誤差較大；遺傳算法可以提高尋峰精度，但是需要花費較長的時間訓練模型，不適合實時測量；基于steger的尋峰算法引入了圖像處理的思想，通過提取灰度曲線和結合超高斯模型來實現非對稱峰形的尋峰，但是其模型參數的選擇對尋峰的準確性有較大影響，所以該算法的應用場景有較大限制。fbg傳感器的反射光譜近似為高斯型，通常用高斯擬合算法對fbg進行峰值檢測能獲得較高的尋峰精度，并且高斯擬合算法簡單，抗噪性能好。但分布式fbg傳感網絡的
3、為解決上述問題，專利cn115717906a公開了一種基于對稱性修正高斯函數的fbg多峰光譜尋峰方法，在其實施案例中，首先對多峰光譜直接進行希爾伯特變換和一階求導，然后設定固定閾值分割光譜，最后通過對稱性修正高斯函數模型計算出單峰光譜的精確峰值位置。
4、專利cn113358239a公開了一種基于fbg的波長特征識別方法。在其實施案例中，首先對多峰光譜進行平滑濾波降噪，然后對降噪之后的光譜進行希爾伯特變換和一階求導，并通過選取固定閾值分割光譜，最后通過高斯-lm算法找到中心波長。
5、然而專利cn115717906a公開了一種基于對稱性修正高斯函數的fbg多峰光譜尋峰方法，在其實施案例中，首先對多峰光譜直接進行希爾伯特變換和一階求導，然后設定固定閾值分割光譜，最后通過對稱性修正高斯函數模型計算出單峰光譜的精確峰值位置。但仍存在以下問題需要解決。
6、(1)專利cn115717906a在進行光譜信號處理之前沒有進行降噪處理，容易在后續光譜信號處理中帶有較高噪聲，從而導致光譜分割失效或者尋峰誤差增大。
7、(2)專利cn115717906a在進行分割多峰光譜之前需要人為選取固定閾值，在面臨輕量噪聲干擾時或者光譜波動較大時，容易出現分割失效問題且固定閾值不適用于實時檢測。
8、專利cn113358239a公開了一種基于fbg的波長特征識別方法。在其實施案例中，首先對多峰光譜進行平滑濾波降噪，然后對降噪之后的光譜進行希爾伯特變換和一階求導，并通過選取固定閾值分割光譜，最后通過高斯-lm算法找到中心波長。但仍存在以下問題需要解決。
9、(1)專利cn113358239a雖然對原始信號進行了五點滑動平均濾波法進行降噪處理，但滑動平均濾波法不易消除干擾所引起的采樣值偏差，并且不適用于對要求數據計算速度較快的實時檢測。
10、(2)專利cn113358239a的基于希爾伯特變換分峰方法進行光譜分割時需要人工選取合適閾值，效率低下，不適用于實時測量時光譜變化的情況。
技術實現思路
1、本申請各提供了基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法，可以解決相關技術中存在的基于希爾伯特變換的尋峰算法中選取固定閾值分割譜峰在一定噪聲影響下失效的問題。所述技術方案如下：
2、根據本申請的一個方面，基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法，包括如下步驟：
3、利用小波閾值去噪方法對已采集并歸一化處理的光譜信號進行降噪處理，得到降噪信號；
4、光譜信號預分割，構建自適應閾值計算模型進行預分割光譜；
5、光譜的固定值帶寬區域的精分割；
6、尋峰處理，通過高斯擬合算法，峰值定位。
7、在一示例性實施例中，小波閾值去噪方法包括：
8、閾值函數：
9、
10、其中，dj,k表示標量j中的小波系數，表示量化的小波系數，j表示分解尺度，γ是閾值，定義為σ是噪聲的標準差，通過高頻系數估計：σ＝median(dj)/0.6754，這里dj為j層對角細節分量的系數，a和b是兩個調節參數，通過調節a和b的大小可以調節收斂于軟閾值函數的程度；
11、在一示例性實施例中，所述光譜的固定值帶寬為3db帶寬。
12、在一示例性實施例中，光譜信號預分割，構建自適應閾值計算模型進行預分割光譜的方法包括：
13、先對降噪后的光譜反射信號進行希爾伯特變換，經過希爾伯特變換后，信號的振幅和頻率分量保持不變，但相位將有一個90°的位移，實值函數信號x(t)的希爾伯特變換如式(2)所示：
14、
15、對其求一階導數，并構建自適應閾值計算模型：
16、
17、hsort＝[h']max→min??(4)
18、γauto＝hsort[l]??(5)
19、其中：l表示求解自適應閾值的數組長度，n表示fbg傳感器個數，δλi表示第i個fbg的3db帶寬值，δλ表示光譜儀采集帶寬設置值，n表示光譜儀設置的采樣點數，β表示自適應因子，h'表示希爾伯特變換一階導數據，hsort表示h'由大到小排序好之后的數組，γauto表示自適應閾值。如公式(3)所示，我們通過fbg陣列的3db總帶寬與光譜采集帶寬的比值乘以n和β，估算出了3db帶寬有效信息長度，這里β一般取2。為了求出自適應閾值，將數據由大到小排列得到數組hsort如公式(4)所示。最后由公式(5)得到自適應閾值γauto，并對閾值判斷是否滿足。
20、在一示例性實施例中，所述閾值判斷的方法包括：
21、判斷該閾值是否滿足分割出n個亞光譜(亞光譜數量大于n或者小于n都屬于分割失效)，如滿足，則完成預分割。
22、在一示例性實施例中，如不滿足則β自減0.1，再次進行計算閾值進行判斷，直至完成預分割。
23、在一示例性實施例中，通過預分割求出每個亞光譜區域的功率峰值，繼而求出半功率點，并以此點為標準進行光譜擴張，以達到分割出的亞光譜穩定在3db帶寬區域。
24、在一示例性實施例中，尋峰處理，通過高斯擬合算法，峰值定位的方法包括：
25、由于采集到的fbg反射信號具有高斯分本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述小波閾值去噪方法包括：
3.根據權利要求1所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述光譜的固定值帶寬為3dB帶寬。
4.根據權利要求3所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述光譜信號預分割，構建自適應閾值計算模型進行預分割光譜的方法包括：
5.根據權利要求4所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述閾值判斷的方法包括：
6.根據權利要求5所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，如不滿足則β自減0.1，再次進行計算閾值進行判斷，直至完成預分割。
7.根據權利要求3-6任一所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，通過預分割求出每個亞光譜區域的功率峰值，繼而求出半功率點，并以此點為標準進行光譜擴張，以達到分割出的亞光譜穩定在3dB帶寬區域。
8.根據權利要求7所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述尋峰處理，通過高斯擬合算法，峰值定位的方法包括：
9.根據權利要求8所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，還包括光譜信號采集及歸一化處理；通過光譜儀采集到FBG陣列傳感反射光譜并進行歸一化處理。
10.根據權利要求8所述基于分布式FBG傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，還包括若干串聯連接的FBG傳感器放入恒溫環境，而后將寬帶光源通過環形器將光發送到FBG傳感陣列，隨后通過光耦合器，一路將信號傳輸至解調儀讀取光譜信號的中心波長作為理論波長值，一路將信號傳輸至光譜儀上獲得光譜并傳輸至計算機進行尋峰處理。
...【技術特征摘要】
1.基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述小波閾值去噪方法包括：
3.根據權利要求1所述基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述光譜的固定值帶寬為3db帶寬。
4.根據權利要求3所述基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述光譜信號預分割，構建自適應閾值計算模型進行預分割光譜的方法包括：
5.根據權利要求4所述基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，所述閾值判斷的方法包括：
6.根據權利要求5所述基于分布式fbg傳感系統的自適應閾值尋峰方法，其特征在于，如不滿足則β自減0.1，再次進行計算閾值進行判斷，直至完成預分割。
7.根據權利要求3-6任一所述基于分布式fbg傳...
【專利技術屬性】
技術研發人員：萬星宇，董玉明，楊天宇，
申請(專利權)人：深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：
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