SNR Enhancement Method for Φ-OTDR System Based on Sdr SampEn-BiPSO-SVD Algorithm

降噪 算法 奇异值分解 振动 计算机科学 数学 人工智能 声学 物理
作者
Xingye Bai,Haozhuang Liu,Jun Lin,Fudong Zhang,Tianxiong Li
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73: 1-12
标识
DOI:10.1109/tim.2023.3338685
摘要

In order to solve the problem of low signal-to-noise ratio (SNR) of vibration positioning curve in the phase sensitive optical time domain reflectometer (Φ-OTDR), a denoising algorithm based on spatial dependence recurrence sample entropy (Sdr_SampEn) and singular value decomposition (SVD) optimized by improved Particle Swarm Optimization algorithm based on Beer Antennae search (BiPSO) algorithm (Sdr_SampEn-BiPSO-SVD) is proposed. Firstly, the Φ-OTDR system based on heterodyne coherent detection structure is built, and the vibration signal is obtained by I/Q quadrature demodulation algorithm, and the noise source of the vibration signal is analyzed. Secondly, The mathematical principle and denoising process of Sdr_SampEn-BiPSO-SVD algorithm are established. Finally, the noise suppression capability of Sdr_SampEn-BiPSO-SVD algorithm is tested by simulation experiments and Φ-OTDR system experiments, and compared with Wavelet, EMD-PCC, VMD. The experimental results show that the SNR of vibration positioning curves at 1 Hz, 100 Hz, 500 Hz, and 1 kHz improved to 21.28 dB, 29.08 dB, 16.55 dB, and 32.99 dB respectively, and demonstrate the ability to identify multi-point vibration and improve the quality of multi-point vibration positioning signals. And the feasibility and effectiveness of algorithm have been proven in practical application. This algorithm provides a new means for the application of Φ-OTDR system in the field of seismic exploration.
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