[发明专利]一种基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统

摘要

本发明公开一种基于Φ‑OTDR的轨道车辆定位和测速系统，其包括Φ‑OTDR系统主机和光缆。所述Φ‑OTDR系统主机与光缆连接，用于发出脉冲光信号注入到光缆，并对光缆中反射回的瑞利散射相干光进行处理，获得列车运行的实时位置信息和速度信息。本发明具有如下优点：一、Φ‑OTDR全程无源，并且不受电磁场的干扰，可以保证在雷电等恶劣环境下正常工作。二、由于Φ‑OTDR是全分布式的，监控距离可达100km以上，空间分辨率可达到米级，列车指挥调度中心直接通过Φ‑OTDR系统主机获取列车的实时位置信息和速度信息。

主权项

一种基于Φ‑OTDR的轨道车辆定位和测速系统，其特征在于，包括Φ‑OTDR系统主机和光缆；所述Φ‑OTDR系统主机与光缆连接，用于发出脉冲光信号注入到光缆，并对光缆中反射回的瑞利散射相干光进行处理，获得列车运行的实时位置信息和速度信息；其中，所述Φ‑OTDR系统主机包括激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、可调谐衰减器、环形器、光电探测器以及处理器；所述激光器用于发射连续光，输出给声光调制器；其中，激光器为超窄线宽激光器，其线宽小于3KHz；所述声光调制器用于将所述连续光调制成脉冲光信号；其中，声光调制器为高消光比声光调制器，其消光比大于50dB；所述掺铒光纤放大器用于对所述脉冲光信号进行放大；所述带通滤波器用于对掺铒光纤放大器输出的脉冲光信号进行滤波；所述可调谐衰减器用于调整收到的脉冲光信号的功率；所述环形器用于将可调谐衰减器输出的脉冲光信号注入到光缆，光在光缆中发生瑞利散射，并接收光缆中反射回的相干光，输出给光电探测器；所述光电探测器用于将所述瑞利散射相干光转化为电信号，输出给处理器；所述处理器用于对所述电信号进行信号处理，获得列车运行的实时位置信息和速度信息；其中，所述处理器具体用于：一、根据原始瑞利散射曲线，光缆上每个空间点都有一个随时间变化的信号X_s(t)，其中，X_s(t)表示光缆上离列车指挥调度中心距离为s的振动信号；二、对每个空间点的信号X_s(t)加宽度为T_w的时间窗，接着对每个时间窗内的信号做小波变换、阈值降噪，并对重构的信号求均方根，得到该时间窗内信号的振动水平，进而得到每个时间点上光缆不同位置的振动信号为Y_T(s)，其中Y_T(s)表示T时刻光缆所有位置的振动信号；此时定位周期为T₁＝T_p*T_w，其中T₁表示定位周期，T_p表示脉冲重复周期，T_w表示时间窗；三、对Y_T(s)做峰值检测得到突变沿位置，从而得到该时间点振动列车的位置，其中上升沿和下降沿将分别对应列车的车头位置和车尾位置；对一段时间内的各时间点分析，得到该时段内列车的位置‑时间关系；四、对列车的位置‑时间关系求斜率，获得到各个时间点列车运行的实时速度。