基于变分模态分解的相位敏感光时域反射计信噪比提升方法

作者：高浩天; 康杰虎; 张振; 吴斌^*

来源：光学学报, 2023, 43(21): 49-58.

• 相位敏感光时域反射计
• 水力压裂微地震监测
• 信噪比
• 变分模态分解
• 互信息

在页岩气开采过程中，基于相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）的分布式光纤声波传感（DAS）系统是对水力压裂作业中产生的微震波进行监测的常用方案。为了提高Φ-OTDR系统测量振动信号的信噪比，提出了一种基于变分模态分解（VMD）和互信息（MI）的振动信号去噪方法，对数字正交（I/Q）解调得到的相位信号进行进一步处理，VMD层数K通过去趋势波动分析（DFA）计算的标度指数确定，相位信号的失真和噪声通过剔除MI法确定的非相关模态进行抑制。并搭建了相干探测Φ-OTDR系统验证VMD-MI方法的去噪效果，分别对500 Hz单频振动信号和500、1000、1500 Hz多频振动信号使用VMD、小波降噪（Wavelet）、经验模态分解（EMD）、自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）进行处理。实验结果表明，所提方法对振动信号信噪比提升最为明显，在Φ-OTDR系统中具有良好的实用性。

• 单位
  天津大学; 精密测试技术及仪器国家重点实验室