近日,中國科學院上海光學精密機械研究所空間雷射資訊傳輸與探測科技重點實驗室,提出一種基於密集多通道融合的高性能分佈式光纖聲波傳感實現海洋水聲與地震探測新方案,相關研究成果發表於《光波技術學報》(Journal of Lightwave Technology)。
分佈式聲波光纖傳感技術(DAS)具有傳感範圍大、時空精度高、環境適應性強等優勢,在多個領域得到了廣泛應用。近年來,由於具有耐腐蝕、便於佈設、易於形成大規模高精度同步探測陣列的獨特優勢,DAS得到了海洋水聲和海洋地震領域的重點關注,但是存在信噪比低、可靠性差的內在物理難題。為了提升DAS探測效能,現時研究主要集中在基於複雜系統架構的分集發射接收方面,雖然在一定程度上可以優化系統性能,但是難以形成大的分集規模,實用效果有限。尋找新的高性能DAS方案實現海洋水聲與地震的陣列探測,是科研人員研究的重點。
研究團隊提出一種基於密集多通道融合的高性能分佈式光纖聲波傳感實現海洋水聲與地震探測新方案。對分佈式傳感範式下的密集多通道資訊進行數據融合,突破了瑞利散射微弱、脈衝內干涉衰落等DAS內在物理限制,解决了信噪比不足和可靠性差的難題。2017年起,研究團隊即針對DAS獨特的分佈式密集探測新範式進行研究攻關,並以此先後賦予了DAS分佈式立體定位能力[Opt. Lett.,2019,44(7):1690-1693]和定向偵聽能力[Opt. Lett.,2020,45(20):5672-5675],並得到了Laser Focus World[2020,11,16-17]等國際主流媒體的報導。該研究則是在這一新範式下,利用多通道數據的內在關聯性來解决DAS的內在物理限制,提升效能陞級。實驗發現,通過近百個無篩選通道的增益合成,可以有效挖掘空間分集收益,消除干涉衰落引起的訊號畸變與隨機探測盲區,實現穩定可靠的分佈式探測;利用120個通道複用,可以有效抑制通道無關雜訊,將系統SNR提升20dB。該成果將分佈式傳感新範式成功應用於DAS科技,實現了訊號衰落抑制與靈敏度提升,有望解決實際應用可靠性差、靈敏度不足等問題,推動DAS在海洋水聲和地震陣列探測的大規模應用。
相關研究得到了國家科技部重點研發項目、國家自然科學基金、以及上海市自然科學基金的支持。(中科院空間雷射資訊傳輸與探測科技重點實驗室供稿)
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多通道數據融合實驗結果。(a)訊號衰落抑制效果對比;(b)系統靈敏度提升效果。
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