一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种探测方法，特别涉及一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法。
【背景技术】
[0002]大多数远程分布式测量技术采用发射一个脉冲信号，然后接收反射回来的信号进行远程分布式测量，即时域测量法。由于信号在传播时的损耗，时域测量法需要发射大功率的脉冲信号以提高量程和精度。此外，由于存在电子元器件的直流漂移，要准确地测量频谱中的直流分量非常困难。现有的频谱扫描技术采用直流补偿或校准的方法实现测量，但其步骤繁琐，耗费大量计算资源和计算时间，且仍存在直流误差。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种可消除直流漂移所造成误差的基于频谱扫描的分布式物理量探测方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法，包括下述步骤:
[0005]I)以等频率间隔向被测量对象发射信号，f = lAf，2Af，3Af，…，nAf，f为扫描频率，△ f为频率间隔，n △ f为扫描频谱的最大频率；
[0006]频率间隔Λ f满足条件:Λ f < v/4L，其中V为信号的传播速度，L为待测目标尺度；
[0007]2)接收被测量对象的频域响应信号X(f):X(lAf), X(2Af), X(3Af),…，X (n Af)；
[0008]3)对步骤2)获得的结果进行时域反转平移计算，包括下述步骤:
[0009]1.将X(f)乘以因子-1得到XJf)，
[0010]X^f) = -X (f)；
[0011]2.将XJf)在时间轴上平移D，0满足条件:&/(2八0-0>0儿，其中￥为信号的传播速度，L为待测目标尺度，
[0012]X2 (f) =
[0013]3.将 X (f)和 X2 (f)相加得到 X3 (f)，
[0014]X3 (f) = X (f) +X2 (f) = X (f) +X1 (f) e_J4πΠ)= X(f)-X (f) e ^j4π?
[0015]4)对X3 (f)进行离散傅立叶逆变换，获得X3 (t)；
[0016]5)从X3 (t)获得时域信号X (t)。
[0017]根据本发明的一个实施例，以等频率间隔向被测量对象发射正弦调制信号。
[0018]本发明还提供一种基于频谱扫描的分布式物理量探测设备，包括:
[0019]一信号发射单元，所述信号发射单元以等频率间隔向被测量对象发射信号，f =I Λ f，2 Λ f，3 Λ f，…，η Λ f，f为扫描频率，Λ f为频率间隔，nAf为扫描频谱的最大频率；
[0020]频率间隔Λ f满足条件:Λ f < v/4L，其中V为信号的传播速度，L为待测目标尺度；
[0021]一信号接收单元，包括信号存储和处理单元，所述信号接收单元接收所述信号发射单元的发射信号的频域响应信号X (f):X (I Δ f)，X (2 Λ f)，X (3 Λ f)，…，X (η Λ f)，所述信号存储和处理单元对所述频域响应信号X (f)进行时域反转平移计算，步骤如下:
[0022]1.将X(f)乘以因子-1得到XJf)，
[0023]X^f) = -X (f)；
[0024]2.将X^f)在时间轴上平移0，得到\出，0满足条件:&/(2八^)>0凡，其中￥为信号的传播速度，L为待测目标尺度，
[0025]X2 (f) =
[0026]3.将 X (f)和 X2 (f)相加得到 X3 (f)，
[0027]X3 (f) = X (f) +X2 (f) = X (f) +X1 (f) e_J4πΠ)= X(f)-X (f) e ^j4π?
[0028]4.对X3(f)进行离散傅立叶逆变换，获得X3(t)
[0029]5.从X3⑴获得时域信号X⑴。
[0030]根据本发明的一个实施例，所述信号发射单元包括依次串联的调制信号发生器、驱动电路和激光器。
[0031]根据本发明的一个实施例，所述信号接收单元还包括光接收放大器和解调电路，所述光接收放大器、解调电路、以及信号存储和处理单元依次串联。
[0032]根据本发明的一个实施例，所述信号发射单元以等频率间隔发射正弦调制信号。
[0033]本发明的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法及其装置，不需要发射强脉冲，对信号源的要求低，且不需要测量频谱中的直流分量，因此排除了系统直流漂移所造成的误差。
【附图说明】
[0034]本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中:
[0035]图1是本发明的一实施例中的对时域信号x(t)进行时域反转平移操作的示意图。
[0036]图2是本发明的一实施例的测量装置的结构示意图。
[0037]图3是对所测得的频谱响应直接傅立叶逆变换得到的空域结果的线性坐标示意图。
[0038]图4是对所测得的频谱响应直接傅立叶逆变换得到的空域结果的绝对值对数坐标示意图。
[0039]图5是本发明的一实施例的频谱响应经过时域反转平移后傅立叶逆变换得到的空域结果的线性坐标示意图。
[0040]图6是本发明的一实施例的频谱响应经过时域反转平移后傅立叶逆变换得到的空域结果的绝对值对数坐标示意图。
[0041]图7是本发明的一实施例的从图6的空域结果中得到的前半部分空域结果示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
[0043]本发明为实现在频谱的直流分量缺失的情况下经过傅立叶逆变换得到真实的时域结果，采用了时域反转平移方法。该方法基于一个假设，即待测对象为时域有限，亦即在有限的时域以外，待测物理量为零，这一假设符合绝大多数的实际应用。该方法的目的是通过时域反转平移方法人为构建一个总直流分量为零的待测对象，而真实的待测物理量在时域反转平移中保持不变。
[0044]本发明中采用的时域反转平移方法原理如下:
[0045]第一步，将待测的时域函数反转即乘以因子-1，成为Xl(t):
[0046]X1(t) = -χ(t)
[0047]第二步，将X1 (t)在时间轴上平移D，D大于x(t)的时域尺度，成为X2(t):
[0048]x2 (t) = X1 (t~D)
[0049]第三步，将待测时域对象x(t)和平移后的函数X2 (t)相加，得到X3⑴:
[0050]X3 ⑴=χ (t) +X2 (t) = χ (t) - χ (t~D)
[0051]图1是本发明的一实施例中的对时域信号x(t)进行时域反转平移操作的示意图。如图所示，将时域函数X(t)经时域反转平移方法后，获得X3(t)，X3(t)由两个曲线段组成。X3 (t)就是时域反转平移后的函数，其频谱的直流分量为零。而且X3(t)完整包含了待测时域对象X (t) O本发明的探测方法就是基于时域反转平移方法来完成的，先测得频谱响应，再求出时域反转平移所构建的总直流分量为零的待测对象X3(t)的傅立叶变换X3(f)，然后对X3 (f)进行傅立叶逆变换就可以得到x3(t)，从而复原待测结果x(t)。
[0052]本发明的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法，包括下述步骤:
[0053]I)以等频率间隔向被测量对象发射正弦调制信号，f = lAf，2Af，3Af，…，η Λ f，f为扫描频率，Δ f为频率间隔，并且Λ f为扫描频谱的最小频率，η Δ f为扫描频谱的最大频率；
[0054]本方法的量程为v/ (4 Δ f)，频率间隔或最小频率Δ f必须满足条件:Δ f彡v/4L,其中V为信号的传播速度，L为待测目标尺度；
[0055]2)接收被测量对象的频域响应信号X(f):X(lAf), X(2Af), X(3Af),…，X (n Af),这些响应是含有实部和虚部的复数；
[0056]3)对步骤2)的结果进行时域反转平移计算，在该步骤中只需要上述步骤的频域响应信号数据，而不需要其他额外数据。
[0057]1.在时域进行反转即乘以因子-1，在频域等效于将X(f)反转得到X1 (f)，XJf)
=-χ (f)；
[0058]2.将上述时域反转后的结果在时域平移D，为避免平移前的信号和平移后的信号重叠，D必须满足:(v/ (2 Δ f) -L) >D>L，在频域等效于将X1 (f)乘以因子e_j4nfD得到X 2 (f)，
[0059]X2 (f) =
[0060]由于探测信号被发射出去，又反射回来，因此上述计算中将平移量D乘以2 ;[0061 ] 3.将X (f)和X2 (f)相加得到X3 (f)，这个X3 (f)的直流分量为零，即在f = OHz时，X3(f) = 0，
[0062]X3 (f) = X (f) +X2 (f) = X (f) +X1 (f) e_J4πΠ)= X(f)-X (f) e ^j4π?
[0063]4)在X3 (O) = O的情况下对X3 (f)进行离散傅立叶逆变换，获得X3 (t)
[0