1.一种基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理系统,其特征在于,包括调制信号产生模块、数据采集模块、数据组合读取模块、相位计算模块、数据传递模块、相位解包模块和通信模块;所述调制信号产生模块,通过FPGA对PZT压电陶瓷施加信号,使三路干涉后的背向瑞利散射光RBS分别带有2π/3、-2π/3、0的额外相位;所述数据采集模块,利用模数转换器ADC采集瑞利背向散射光强信息;所述数据组合读取模块,将光强数据按通道数存储,读取相应探测序列数据;所述相位计算模块,利用三路光强数据计算相应的包裹相位;所述数据传递模块,利用高速FIFO来实现模块间的数据传递;所述相位解包模块,将得到的包裹相位数据通过UKF进行一维相位解包;所述通信模块,将解包裹后的数据传输到上位机。
2.根据权利要求1所述的基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理系统,其特征在于,所述数据组合读取模块包含多个存储单元,用于存储数据;所述存储单元采用双端口RAM,以支持并行读写操作。
3.根据权利要求1所述的基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理系统,其特征在于,所述数据组合读取模块采用基于verilog编写的控制程序,控制数据的存储和读取。
4.根据权利要求1所述的基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理系统,其特征在于,所述相位计算模块包含多个逻辑单元,用于执行数据运算;所述逻辑单元采用流水线技术。
5.一种基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理方法,其特征在于,该方法采用权利要求1~4任一项所述的Φ-OTDR数据实时处理系统,具体包括以下步骤:步骤1、调制信号产生模块将窄线宽激光器出来的连续光经过声光调制器AOM转化为脉冲光,同时通过FPGA对光纤上的PZT压电陶瓷施加调制电压,得到带有相位调制的干涉过后的光强信号;步骤2、数据采集模块利用模数转换器ADC采集步骤1得到的光强信号,采样率对应传感距离;步骤3、数据组合读取模块利用三个双端口RAM存储步骤2得到的多通道光强数据,对应三路光强信息,并利用控制程序控制读取相应的光强序列,读取后将双端口RAM中的光强数据替换为该通道下一时刻的光强数据;步骤4、将步骤3的光强数据传递到相位计算模块,使用基于移相的反正切算法求解包裹相位;步骤5、通过数据传递模块将步骤4得到的包裹相位数据传递到相位解包模块;步骤6、相位解包模块将包裹相位通过UKF进行一维相位解包裹;步骤7、通信模块将解包裹后的相位信息传输到上位机。
6.根据权利要求5所述的基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理方法,其特征在于,所述步骤1具体如下:将非平衡迈克尔逊干涉仪的一臂添加PZT压电陶瓷,通过对PZT压电陶瓷施加电压,使干涉后的三路瑞利回光带有额外调制相位。
7.根据权利要求5所述的基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理方法,其特征在于,所述步骤2具体如下:平衡迈克尔逊干涉仪两臂的瑞利背向散射光RBS经过耦合器干涉后,由数据采集模块接收,数据采集模块由光电探测器PD、模数转换器ADC和FPGA组成。
8.根据权利要求5所述的基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理方法,其特征在于,所述步骤3具体如下:步骤3.1、将第一路光强的所有通道对应的数据按通道存储到RAM1中,第二路光强数据存储到RAM2中,第三路光强数据存储到RAM3中;步骤3.2、利用控制程序控制读取三路光强数据;步骤3.3、将双端口RAM中的光强数据替换为该通道下一时刻的光强数据,逐个按地址覆盖RAM1中的数据,此时RAM2和RAM3还保持原来数据,这时读取三路光强即另一探测序列,循环上述操作实现连续存储读取。
9.根据权利要求5所述的基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理方法,其特征在于,所述步骤4具体如下:将三路光强信号进行加减运算后作为分子和分母输入到相位计算模块做反正切运算,得到对应的包裹相位,得到的数据取前1000个通过vivado导出文本文档,通过python画出图像。
10.根据权利要求5所述的基于无迹卡尔曼滤波的Φ-OTDR数据实时处理方法,其特征在于,所述步骤6具体如下:将无迹卡尔曼滤波初始参数存储到对应的参数存储RAM中,对应的初始探测序列调用初始参数,通过控制模块将对应通道滤波参数存储到对应地址,在同一通道下一组探测序列到来时调用;滤波模块采用pipeline设计,输入信号为包裹相位的正弦、余弦信息加上初始滤波参数或更新的滤波参数,解包模块输出值同样经过vivado导出,利用python进行曲线绘制。