卡尔曼滤波在分布式拉曼光纤温度传感系统去噪中的应用-论文.pdf

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1、第43卷第5期红外与激光工程2014年5月VO1．43NO．5InfraredandLaserEngineeringMay2014卡尔曼滤波在分布式拉曼光纤温度传感系统去噪中的应用刘涛1,2，张文平。，陈慧芳1,2，冯桂兰，刘月明(1．中国计量学院光电分院，浙江杭州310018；2．浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江杭州310027；3．杭州欧忆光电科技有限公司，浙江杭州310018)摘要：提出一种基于卡尔曼滤波的统计学方法，对光纤温度传感系统的状态进行实时估计并去除系统的噪声，提高光纤传感系统的准确度。光纤温度传感系统属于线性动态系统，被测温度是服从高斯一

2、马尔科夫随机过程的离散时间状态变量，状态噪声是加性高斯白噪声。基于贝叶斯最大后验概率推论(MAP)和最小均方误差(MMSE)准则，新的测量值通过量测更新方程修正后验状态估计值。这种迭代的算法最终可以得到状态的最优估计值。该模型和算法应用在分布式拉曼光纤温度传感系统(DOFS)FGC—LR中，对其性能进行研究。用局部方差和信噪比评估该算法去噪的能力。常温点处温度的局部方差减小了83．56％，高温点处减小了84．09％。两探测点处的温度信噪比分别提高了18．45％和16．80％。算法在提高光纤传感系统的准确度，实现实时测量上取得了很好的效果。关键词：高斯一马尔卡夫随机

3、过程；卡尔曼滤波；Raman光纤温度传感；贝叶斯最大后验概率；去噪中图分类号：TP212．14文献标志码：A文章编号：1007—2276(2014)05—1643—05ReductionofsystemnoiseindistributedopticalfiberRamantemperaturesensorbyKalmanfilterLiuTao，ZhangWenping3，ChenHuifang。，FengGuilan，LiuYueming(1．CollegeofOpticalandElectronicTechnology，ChinaJiliangUniversi

4、ty，Hangzhou310018，China；2．StateKeyLaboratoryofMOI，Zh~iangUniversity，Hangzhou310027，China；3．HangzhouOETech．Co．，LTD．，Hangzhou310018，China)Abstract：AnestimationalgorithmbasedonKalmanfilerwasdevelopedtoremovenoiseofthefibertemperaturesensingsystemandtoestimatethestateinrealtime．Thefiberte

5、mperaturesensingsystemwasthelinearanddynamicalsystem．Temperaturewasthetime-discretestatevariablewhichwasmodeledbyGauss-MarkovrandomprocesswiththeadditiveandwhiteGaussianstatenoise．BasedonBayesian—MAPinferenceandMMSEcriterion，theposteriorstatecanbeestimatedbyupdateequationswithnewmeasu

6、re．Giventheinitialparameters，theoptimalestimatoroftemperaturewasachievedbysuchiterativeprocess．FGC—LR，thedistributedopticalfiberRamantemperaturesensingsystem，wastheexperimentalsetupwith2kmsensingfiber．Theintervalbetweenadjacentsamplepointswas1m．LocalvarianceandSNRwereusedtoevaluatethe

7、algorithmsperformanceinnoiseremovalandestimation．Thelocalvarianceisreducedby83．56％atlowtemperaturepointand84．09％athightemperaturepoint．SNRatthenormaltemperaturepoint(at1000h)andtheheatedpoints(at1850)areincreased收稿日期：2013—09—10：修订日期：2013—10—14基金项目：浙江省自然科学基金(LY12F05007)；浙江省科技厅公益项目(2011

8、C2303