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基于BOTDA布里渊背向散射光谱数据的拟合算法

Fitting algorithm for BOTDA Brillouin back scattered-light spectrum data

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摘要

BOTDA布里渊背向散射光谱数据表现为洛伦兹型曲线,对不同的单模光纤和多模光纤会生成不同的波峰个数,单模光纤中的布里渊背向散射光谱表现为单个波峰,采用非线性最小二乘法对单峰进行拟合,采用高斯-牛顿迭代法求最小二乘解。迭代运算的效率取决于初始值的精度,当误差较大时,迭代次数会增加,甚至无法收敛。采用传统法和定积分法分别获取某一初始值。实验结果表明,在满足同等精度的条件下,定积分法能降低迭代次数,对布里渊背向散射光谱的单峰拟合具有较好的效果。

Abstract

BOTDA Brillouin back scattered-light spectrum data shows as Lorenz curve,and the curve has different peak numbers when using single mode fiber or multimode fiber,such as the single mode fiber shows one peak. Nonlinear least square algorithm is used to fit the curve,the least-square solution is worked out by Gaussian-Newton method. Algorithm efficiency depends on the initial values,if the initial value has some error,it will increase iteration times,or even the iteration is non convergence. Traditional method and the definite integral method are used to obtain one initial value. Result shows that,in meeting the same conditions of accuracy,the definite integral method can reduce iteration times. This arithmetic is effective to the single peak fitting of the Brillouin back scattered-light spectrum data.

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补充资料

中图分类号:TN247

所属栏目:光纤通信技术

基金项目:国家自然科学基金项目(41161073);广西自然科学基金重点项目(2014GXNSFDA118038);重庆交通大学人才基金项目

收稿日期:2014-09-30

修改稿日期:2014-12-10

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

吕健刚:杭州科澜信息技术有限公司,浙江 杭州 310022
韦春桃:重庆交通大学 土木建筑学院,重庆 400074桂林理工大学 测绘地理信息学院,广西 桂林 541004

联系人作者:吕健刚(lvjianggan@163.com)

备注:吕健刚(1983—),男,工程师,硕士研究生,主要从事三维数字城市、遥感影像处理、BOTDA、OTDR算法设计的研究。

【1】梁浩,张旭苹,李新华,等.布里渊背向散射光谱数据拟合算法设计与实现[J].光子学报,2009,38(4):875—879.Liang Hao,Zhang Xuping,Li Xinhua,et al. Design and implementation of data fitting algorithm for Brillouin back scattered-light spectrum data [J]. Acta Photonica Sinica,2009,38(4):875—879.

【2】Naruse H,Tateda M,Ohno H,et al. Dependence of the Brillouin gain spectrum on linear strain distribution for optical time-domain reflectometer-type strain sensor[J]. Applied Optics,2002,41(34):7212—7217.

【3】胡晓东,胡小唐,刘文晖. 基于布里渊放大结构的分布式光纤温度传感技术的研究[J].天津大学学报,1999,32(6):678—681.Hu Xiaodong,Hu Xiaotang,Liu Wenhui. Study on the distributed optical fiber temperature sensing technique using Brillouin amplifier structure[J]. Journal of Tianjin University,1999,32(6):678—681.

【4】张竞文,吕安强,李宝罡,等.基于BOTDA的分布式光纤传感技术研究进展[J].光通信研究,2010,(160).Zhang Jingwen,Lu Anqiang,Li Baogang,et al. Advances in the development of BOTDA-based distributed fiber sensing technology[J].Study on Optical Communications,2010,(160).

【5】同济大学数学系. 高等数学(上册)[M]. 第6版. 北京:高等教育出版社,2007:223—224.Tongji university department of mathematics. Higher mathematics(I)[M]. 6th ed. Beijing: Higher Education Press,2007:223—224.

引用该论文

LU Jiangang,WEI Chuntao. Fitting algorithm for BOTDA Brillouin back scattered-light spectrum data[J]. Optical Technique, 2015, 41(4): 380-384

吕健刚,韦春桃. 基于BOTDA布里渊背向散射光谱数据的拟合算法[J]. 光学技术, 2015, 41(4): 380-384

被引情况

【1】尚秋峰,胡雨婷,刘薇. BOTDA传感系统的布里渊频移提取方法研究进展. 半导体光电, 2017, 38(5): 633-638

【2】高树国,刘云鹏,李欢,田源,范晓舟,孙路,孟令明. 基于互相关-LM法的布里渊峰值拟合算法. 激光与光电子学进展, 2019, 56(1): 10602--1

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