光纤采样信号的滤波方法及装置、光纤传感系统与流程

技术特征：

1.一种光纤采样信号的滤波方法，其特征在于，包括：

获取光纤采样信号；其中，所述光纤采样信号由光纤反射的光信号转换得到；

采用UKF滤波器对所述光纤采样信号进行滤波，以获得滤波后的光纤采样信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述采用UKF滤波器对所述光纤采样信号进行滤波，包括：

建立所述光纤采样信号的状态方程：

x_k+1＝f(x_k,u_k)+ω_k；

和观测方程：

y_k＝h(x_k)+v_k；

其中，x_k为所述光纤采样信号状态量，y_k为所述光纤采样信号观测量，u_k为系统输入，ω_k为所述滤波器的噪声，v_k为观测白噪声；

利用所述光纤采样信号的观测量和所述状态方程对所述光纤采样信号的状态量进行估算，以得到所述光纤采样信号的状态估计值；

根据所述光纤采样信号的观测量和所述光纤采样信号的状态估计值，得到所述UKF滤波器的增益，从而对所述光纤采样信号进行滤波。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述利用所述光纤采样信号的观测量和所述状态方程对所述光纤采样信号的状态量进行估算，以得到所述光纤采样信号的状态估计值，包括：

利用预先获取的光纤采样信号的观测量对所述光纤采样信号的状态量进行估算，以得到第一状态量估计值：

${\stackrel{\‾}{x}}_k=E\left\{x_k\right|Y^{k-1}\};$

利用当前时刻获取的光纤采样信号的观测量对所述第一状态量估计值进行修正，以得到第二状态量估计值：

${\hat{x}}_k=E\left\{x_k\right|Y^k\}={\stackrel{\‾}{x}}_k+K_k\[y_k-{\stackrel{\‾}{y}}_k\];$

其中，为所述光纤采样信号状态量x_k的估计值，为所述光纤采样信号观测量y_k的估计值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述根据所述光纤采样信号的观测量和所述光纤采样信号的状态估计值，得到所述UKF滤波器的增益，包括：

采用以下公式计算所述UKF滤波器的增益：

$K_k=P_{xy}\left(k\right)P_y^{-1}\left(k\right);$

其中，

$P_y\left(k\right)=E\{\[y_k-h\left({\stackrel{\‾}{x}}_k\right)\]{\[y_k-h\left({\stackrel{\‾}{x}}_k\right)\]}^T|Y^{k-1}\};$

$P_{xy}\left(k\right)=E\{\[x_k-{\stackrel{\‾}{x}}_k\]{\[y_k-h\left({\stackrel{\‾}{x}}_k\right)\]}^T|Y^{k-1}\}.$

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

构造点集x_i；

对所述点集x_i进行f(·)非线性变换，以得到变换后的点集Y_i＝f(x_i)；其中，f(·)为与所述状态方程相对应的函数；

对变换后的点集Y_i＝f(x_i)进行加权处理，以得到所述光纤采样信号观测量y的均值和方差。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述构造点集x_i，包括：

根据随机向量x的平均值和密度函数P_x，建立2n+1个点集x_i：

$x_i=\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{x}+{\left(\sqrt{\left(n+k\right)P_x}\right)}_i,i=1,2,...,n\\ \stackrel{\‾}{x}-{\left(\sqrt{\left(n+k\right)P_x}\right)}_i,i=n+1,...2n\\ \stackrel{\‾}{x},i=0\end{array}\right.;$

其中，n为所述光纤采样信号状态量x_k的维数，k为尺度参数。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述对变换后的点集Y_i＝f(x_i)进行加权处理，以得到所述光纤采样信号观测量y的均值和方差，包括：

获取均值权系数W_i^(m)和方差权系数W_i^(c)；

采用以下公式计算输出量y的均值：

$\stackrel{\‾}{y}\≈\underset{i=0}{\overset{2n}{\Σ}}{W}_i^{\left(m\right)}{Y}_i;$

采用以下公式计算输出量y的方差：

$P_y\≈\underset{i=0}{\overset{2n}{\Σ}}{W}_i^{\left(c\right)}(Y_i-\stackrel{\‾}{y}){(Y_i-\stackrel{\‾}{y})}^T.$

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述获取均值权系数W_i^(m)和方差权系数W_i^(c)，包括：

采用以下公式计算均值权系数W_i^(m)和方差权系数W_i^(c)：

$W_0^{\left(m\right)}=k/(n+k);$

$W_0^{\left(c\right)}=k/(n+k)+(1-{\mathrm{\α}}^2+\mathrm{\β});$

W_i^(m)＝W_i^(c)＝k/[2(n+k)],i＝1,…,2n；

其中，k＝α²(n+λ)-n，α、λ和β为预设参数。

9.一种光纤采样信号的滤波装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取光纤采样信号；其中，所述光纤采样信号由光纤反射的光信号转换得到；

滤波模块，用于采用UKF滤波器对所述光纤采样信号进行滤波，以获得滤波后的光纤采样信号。

10.一种光纤传感系统，其特征在于，包括光纤传感器以及处理终端；

所述光纤传感器用于在光纤末端发出第一光信号，并从所述光纤末端接收由所述第一光信号反射得到的第二光信号；

所述处理终端用于对所述第二光信号对应的光纤采样信号进行滤波，其中，所述处理终端包括权利要求9所述的光纤采样信号的滤波装置，以对所述光纤采样信号进行滤波。