利用维纳反卷积技术反转?-OTDR空间窗效应，以改进声波场重建 杜尚明（Shangming Du）、 陈天伟（Tianwei Chen）、 段玉星（Yuxing Duan）、 姜凯（Ke Jiang）、 吴松（Song Wu）、 郭灿（Can Guo）和 梁雷（Lei Liang）

研究提出矩形脉冲调频连续波相位敏感光时域反射仪（φ-OTDR）声学事件响应的空间窗口效应建模及维纳滤波解卷积方法，有效提升空间分辨率和波前重构精度，抑制阵列信号处理中的系统误差。

　　

摘要

矩形脉冲外差式相位敏感光时域反射测量（??-OTDR）对声学事件的响应具有空间特性，其响应特性由一个窗函数决定，而非点状敏感性。这种效应会降低系统的空间分辨率，并在阵列信号处理中引入系统误差。本文针对这一根本性限制进行了建模分析及缓解策略研究。空间窗效应被建模为一个点扩散函数（PSF），该函数基于物理机制和系统参数（包括脉冲宽度、测量长度以及脉冲内部强度动态）来确定。通过在接近理想条件下使用光纤耦合的音叉进行测量，验证了PSF模型的准确性。采用基于维纳滤波器的反卷积方法将经过窗函数处理的空间响应转换为点状响应。实验结果表明，该方法有效提升了空间分辨率，并能够准确重建二维波前几何结构。此外，还定量评估了该效应对阵列信号处理的影响。研究结果表明，所提出的方法能有效抑制波场分析中的系统误差，特别是提高了相位变换（SRP-PHAT）空间谱估计的准确性和可靠性。本研究为理解、量化以及反演??-OTDR中的空间响应提供了系统框架，从而实现了准确且可解释的声场检测。