本技術(shù)涉及前向光纖干涉儀，尤其涉及一種振動定位方法、裝置及雙回環(huán)對射型光纖振動干涉儀。

背景技術(shù)：

1、作為現(xiàn)代信息社會的骨架，光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛地鋪設(shè)和應(yīng)用在全球各地。其不僅承擔著數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹厝?，還因其獨特的物理特性，被開發(fā)出了多種傳感應(yīng)用，其中分布式光纖振動傳感技術(shù)便是其中的佼佼者。這項技術(shù)充分利用了現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對光纖鏈路沿線振動事件的實時監(jiān)測，為交通監(jiān)測、建筑健康監(jiān)測、地震監(jiān)測、海洋水文監(jiān)測等多個領(lǐng)域提供了強有力的技術(shù)支持。

2、在前向干涉儀結(jié)構(gòu)中，分布式光纖振動傳感技術(shù)得到了深入的研究和應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)通過前向傳輸?shù)募す鈦頂y帶光纖鏈路沿線的振動信息，當激光在光纖中傳播時，它會與光纖中的振動事件相互作用，導(dǎo)致激光的相位發(fā)生變化。在接收端，通過解調(diào)這些攜帶了振動信息的激光的相位，就可以提取出振動事件的相關(guān)信息。在利用這種技術(shù)對振動事件進行精確定位時，通常需要兩路對向傳輸?shù)募す夥謩e感受同一振動事件，并通過比較它們感受到振動的時間差來實現(xiàn)定位。這種方法在鏈路較長或振動持續(xù)時間較短的情況下，可以通過時延估計來比對兩次感受振動的時間差，從而確定振動的位置。

3、但是，在大多數(shù)情況下，對向傳輸?shù)募す飧惺艿降恼駝有盘枙蟛糠织B加在一起，這使得時延估計確定時延的方法失效。為了解決這個問題，研究者們提出了零頻率法來進行定位。零頻率法通過分析振動信號的頻率特性，嘗試從中提取出定位信息。然而，這種方法要求振動本身具有寬譜特性，即振動信號的頻率成分要足夠豐富，才能進行有效的分析。而在實際應(yīng)用中，很多振動事件并不滿足這一要求，導(dǎo)致零頻率法的定位精度受限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本技術(shù)提供了一種振動定位方法、裝置及雙回環(huán)對射型光纖振動干涉儀，以實現(xiàn)提高振動位置定位的準確性的目的。具體方案如下：

2、本技術(shù)第一方面提供一種振動定位方法，基于雙回環(huán)對射型光纖振動干涉儀，所述雙回環(huán)對射型光纖振動干涉儀包括：第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)，所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上獨立且對稱，所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)均包括：光信號發(fā)射裝置、分光裝置、傳輸控制裝置、光纖鏈路和光電探測器；所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)中所述光纖鏈路均處于目標形態(tài)，一個振動事件會被所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)中處于所述目標形態(tài)的所述光纖鏈路分別感受兩次；該方法包括：

3、獲得所述第一系統(tǒng)中光電探測器和所述第二系統(tǒng)中光電探測器在振動事件發(fā)生后解調(diào)得到的第一相位信息和第二相位信息；

4、基于設(shè)定平移量，分別對所述第一相位信息和所述第二相位信息進行平移，得到第一中間相位信息和第二中間相位信息；所述設(shè)定平移量用于改變所述第一相位信息和所述第二相位信息中的相位值在時間軸上的分布；

5、通過對所述第一相位信息、所述第二相位信息、所述第一中間相位信息和所述第二中間相位信息進行組合，并進行時延估計，得到與所述振動事件的振動位置相關(guān)的時延信息；

6、基于所述時延信息和所述光纖鏈路的長度，確定所述光纖鏈路中發(fā)生所述振動事件的振動位置。

7、在一種可能的實現(xiàn)中，所述光纖鏈路處于對折狀態(tài)，所述第一系統(tǒng)中光纖鏈路的中點與所述第二系統(tǒng)中光纖鏈路的起點相重合，且，所述第二系統(tǒng)中光纖鏈路的中點與所述第一系統(tǒng)中光纖鏈路的起點相重合；

8、獲得所述第一系統(tǒng)中光電探測器和所述第二系統(tǒng)中光電探測器在振動事件發(fā)生后解調(diào)得到的第一相位信息和第二相位信息，包括：

9、通過第一解調(diào)公式φ左獲得所述第一系統(tǒng)中光電探測器在振動事件發(fā)生后解調(diào)得到的第一相位信息；其中，φ左(t)表示第一相位信息，表示在所述第一系統(tǒng)中，返程光信號感受到振動事件后傳播到所述第一系統(tǒng)中光電探測器時的相位波形，表示在所述第一系統(tǒng)中，去程光信號感受到振動事件后傳播到所述第一系統(tǒng)中光電探測器時的相位波形，t表示所述第一系統(tǒng)光纖鏈路感受到相位信息φ的時刻，l1表示振動位置與所述第一系統(tǒng)中光信號發(fā)射裝置之間的距離，l2表示所述振動位置與所述第一系統(tǒng)中光纖鏈路的中點之間的距離，v表示光信號傳播速度；

10、通過第二解調(diào)公式φ右獲得所述第二系統(tǒng)中光電探測器在振動事件發(fā)生后解調(diào)得到的第二相位信息；其中，φ右(t)表示第二相位信息，表示在所述第二系統(tǒng)中，返程光信號感受到振動事件后傳播到所述第二系統(tǒng)中光電探測器時的相位波形，表示在所述第二系統(tǒng)中，去程光信號感受到振動事件后傳播到所述第二系統(tǒng)中光電探測器時的相位波形，t表示所述第二系統(tǒng)中光纖鏈路感受到相位信息φ的時刻，l1表示振動位置與所述第二系統(tǒng)中光纖鏈路的中點之間的距離，l2表示所述振動位置與所述第二系統(tǒng)中廣信號發(fā)射裝置之間的距離，v表示光信號傳播速度。

11、在一種可能的實現(xiàn)中，基于設(shè)定平移量，分別對所述第一相位信息和所述第二相位信息進行平移，得到第一中間相位信息和第二中間相位信息，包括：

12、將代入所述第一解調(diào)公式，得到表示設(shè)定平移量，φ′左(t)表示第一中間相位信息，表示對平移后的相位波形，表示對平移后的相位波形；

13、將所述代入所述第二解調(diào)公式，得到φ′右(t)表示第二中間相位信息，表示對平移后的相位波形，表示對平移后的相位波形。

14、在一種可能的實現(xiàn)中，通過對所述第一相位信息、所述第二相位信息、所述第一中間相位信息和所述第二中間相位信息進行組合，并進行時延估計，得到與所述振動事件的振動位置相關(guān)的時延信息，包括：

15、對所述φ左(t)、所述φ右(t)、所述φ′左(t)和所述φ′右(t)進行交叉組合，得到所述φ1(t)表示所述φ′左(t)和所述φ右(t)的差值，所述φ2(t)表示所述φ′右(t)和所述φ左(t)的差值；

16、對所述φ1(t)和所述φ2(t)進行時延估計，得到時延信息

17、在本技術(shù)的另一方面提供一種振動定位裝置，基于雙回環(huán)對射型光纖振動干涉儀，所述雙回環(huán)對射型光纖振動干涉儀包括：第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)，所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上獨立且對稱，所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)均包括：光信號發(fā)射裝置、分光裝置、傳輸控制裝置、光纖鏈路和光電探測器；所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)中所述光纖鏈路均處于目標形態(tài)，一個振動事件會被所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)中處于所述目標形態(tài)的所述光纖鏈路分別感受兩次；該裝置包括：

18、獲得模塊，用于獲得所述第一系統(tǒng)中光電探測器和所述第二系統(tǒng)中光電探測器在振動事件發(fā)生后解調(diào)得到的第一相位信息和第二相位信息；

19、平移模塊，用于基于設(shè)定平移量，分別對所述第一相位信息和所述第二相位信息進行平移，得到第一中間相位信息和第二中間相位信息；所述設(shè)定平移量用于改變所述第一相位信息和所述第二相位信息中的相位值在時間軸上的分布；

20、第一確定模塊，用于通過對所述第一相位信息、所述第二相位信息、所述第一中間相位信息和所述第二中間相位信息進行組合，得到與所述振動事件的振動位置相關(guān)的時延信息；

21、第二確定模塊，用于基于所述時延信息和所述光纖鏈路的長度，確定所述光纖鏈路中發(fā)生所述振動事件的振動位置。

22、在一種可能的實現(xiàn)中，所述光纖鏈路處于對折狀態(tài)，所述第一系統(tǒng)中光纖鏈路的中點與所述第二系統(tǒng)中光纖鏈路的起點相重合，且，所述第二系統(tǒng)中光纖鏈路的中點與所述第一系統(tǒng)中光纖鏈路的起點相重合；

23、所述獲得模塊，具體用于：

24、通過第一解調(diào)公式獲得所述第一系統(tǒng)中光電探測器在振動事件發(fā)生后解調(diào)得到的第一相位信息；其中，φ左(t)表示第一相位信息，表示在所述第一系統(tǒng)中，返程光信號感受到振動事件后傳播到所述第一系統(tǒng)中光電探測器時的相位波形，表示在所述第一系統(tǒng)中，去程光信號感受到振動事件后傳播到所述第一系統(tǒng)中光電探測器時的相位波形，t表示所述第一系統(tǒng)中光纖鏈路感受到相位信息φ的時刻，l1表示振動位置與所述第一系統(tǒng)中光信號發(fā)射裝置之間的距離，l2表示所述振動位置與所述第一系統(tǒng)中光纖鏈路的中點之間的距離，v表示光信號傳播速度；

25、通過第二解調(diào)公式獲得所述第二系統(tǒng)中光電探測器在振動事件發(fā)生后解調(diào)得到的第二相位信息；其中，φ右(t)表示第二相位信息，表示在所述第二系統(tǒng)中，返程光信號感受到振動事件后傳播到所述第二系統(tǒng)中光電探測器時的相位波形，表示在所述第二系統(tǒng)中，去程光信號感受到振動事件后傳播到所述第二系統(tǒng)中光電探測器時的相位波形，t表示所述第二系統(tǒng)中光纖鏈路感受到相位信息φ的時刻，l1表示振動位置與所述第二系統(tǒng)中光纖鏈路的中點之間的距離，l2表示所述振動位置與所述第二系統(tǒng)中廣信號發(fā)射裝置之間的距離，v表示光信號傳播速度。

26、在一種可能的實現(xiàn)中，所述平移模塊，具體用于：

27、將代入所述第一解調(diào)公式，得到表示設(shè)定平移量，φ′左(t)表示第一中間相位信息，表示對平移后的相位波形，表示對平移后的相位波形；

28、將所述代入所述第二解調(diào)公式，得到φ′右(t)表示第二中間相位信息，表示對平移后的相位波形，表示對平移后的相位波形。

29、在一種可能的實現(xiàn)中，所述第一確定模塊，具體用于：

30、對所述φ左(t)、所述φ右(t)、所述φ′左(t)和所述φ′右(t)進行交叉組合，得到所述φ1(t)表示所述φ′左(t)和所述φ右(t)的差值，所述φ2(t)表示所述φ′右(t)和所述φ左(t)的差值；

31、對所述φ1(t)和所述φ2(t)進行時延估計，得到時延信息

32、在本技術(shù)的第三方面提供一種雙回環(huán)對射型光纖振動干涉儀，包括：

33、第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)，所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上獨立且對稱，所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)均包括：光信號發(fā)射裝置、分光裝置、傳輸控制裝置、光纖鏈路和光電探測器；所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)中所述光纖鏈路均處于目標形態(tài)，一個振動事件會被所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)中處于所述目標形態(tài)的所述光纖鏈路分別感受兩次；

34、所述光信號發(fā)射裝置，用于產(chǎn)生光信號；

35、所述分光裝置，用于將產(chǎn)生的光信號分成兩束，一束作為參考光信號，另一束作探測光信號；

36、所述傳輸控制裝置，用于將所述探測光信號送入到所述光纖鏈路，并將所述光纖鏈路中因振動事件返回的光信號引導(dǎo)至所述光電探測器；

37、所述光電探測器，用于對所述參考光信號和所述光纖鏈路中因振動事件返回的光信號進行相干探測，得到相位信息。

38、在一種可能的實現(xiàn)中，所述光信號發(fā)射裝置，包括：激光器；所述傳輸控制裝置包括：環(huán)形器。

39、在本技術(shù)中，在雙回環(huán)對射型光纖振動干涉儀中，第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上獨立且對稱，且每個系統(tǒng)中的光纖鏈路均處于目標形態(tài)，所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)中所述光纖鏈路均處于目標形態(tài)，一個振動事件會被所述第一系統(tǒng)和所述第二系統(tǒng)中處于所述目標形態(tài)的所述光纖鏈路分別感受兩次，即，同一個振動事件會被感受四次，通過第一相位信息和第二相位信息使同一個振動事件被記錄四次，在此基礎(chǔ)上，基于設(shè)定平移量，分別對所述第一相位信息和所述第二相位信息進行平移，得到第一中間相位信息和第二中間相位信息，通過對所述第一相位信息、所述第二相位信息、所述第一中間相位信息和所述第二中間相位信息進行組合，并進行時延估計，得到與所述振動事件的振動位置相關(guān)的時延信息，基于所述時延信息和所述光纖鏈路的長度，確定所述光纖鏈路中發(fā)生所述振動事件的振動位置，可以避免零頻率法可能因頻率分辨率限制而導(dǎo)致的定位不精確問題，提高定位的準確性。