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龙图腾网获悉南京航空航天大学申请的专利基于聚类和预测的七芯光纤分布式传感形状传感器重构方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119803344B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-30发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510002148.7，技术领域涉及：G01B11/24；该发明授权基于聚类和预测的七芯光纤分布式传感形状传感器重构方法是由冯昆鹏;陈辰;石航;李爽设计研发完成，并于2025-01-02向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于聚类和预测的七芯光纤分布式传感形状传感器重构方法在说明书摘要公布了：基于聚类和预测的七芯光纤分布式传感形状传感器重构方法属于精密仪器制造及测量技术领域；所述方法利用七芯光纤存在冗余传感信息和传感光纤形状曲线连续性的特点，采用曲率向量预测和聚类的思想，抑制光纤传感系统噪声对形状重构精度的影响，能够解决传统形状重构方法中无法抑制椒盐类噪声的问题，该方法在不改变现有多芯光纤形状传感系统的前提下，仅通过数据处理即可显著提升七芯光纤传感器的形状传感精度。

本发明授权基于聚类和预测的七芯光纤分布式传感形状传感器重构方法在权利要求书中公布了：1.一种基于聚类和预测的七芯光纤分布式传感形状传感器重构方法，七芯光纤形状传感器101的内部包含有七根纤芯，分别为纤芯一102、纤芯二103、纤芯三104、纤芯四105、纤芯五106、纤芯六107和纤芯七108，其中纤芯一102、纤芯二103、纤芯三104、纤芯四105、纤芯五106、纤芯六107在七芯光纤形状传感器101的截面上以60°角环形均匀分布且纤芯距109一致，若以纤芯一102的角度方向为0°，则纤芯二103、纤芯三104、纤芯四105、纤芯五106的角度方向分别为60°、120°、180°、240°和300°，纤芯七108处于七芯光纤形状传感器101的截面中心，七芯光纤形状传感器101根据长度区域划分为三个组成部分，分别为非形状传感部分110、形状传感起始端111和形状传感部分112，在实施传感时，形状传感起始端111附近的七芯光纤形状传感器101需为直线113，形状重构的初始坐标框架201的Z轴202与直线113重合且正方向为形状传感起始端111指向形状传感部分112，形状重构的初始坐标框架201的X轴203为纤芯七108指向纤芯一102方向，形状重构的初始坐标框架201的Y轴204方向分别与X轴203和Z轴202垂直且满足右手坐标系，初始最小旋转框架205与形状重构的初始坐标框架201重合且初始最小旋转框架205的T向量206为Z轴202方向的单位向量，初始最小旋转框架205的N1向量207为X轴203方向的单位向量，初始最小旋转框架205的N2向量208为Y轴204方向的单位向量，七芯光纤形状传感器101的非形状传感部分110与七通道光频域分布式光纤传感设备114连接，七通道光频域分布式光纤传感设备114采集七芯光纤形状传感器101中形状传感部分112内部的七根纤芯的分布应变数据，其中分布应变数据一301对应纤芯一102，分布应变数据二302对应纤芯二103，分布应变数据三303对应纤芯三104，分布应变数据四304对应纤芯四105，分布应变数据五305对应纤芯五106，分布应变数据六306对应纤芯六107，分布应变数据七307对应纤芯七108，七通道光频域分布式光纤传感设备114的传感点空间分辨率115为各传感点在七芯光纤形状传感器101上的长度间隔，之后按以下步骤进行数据处理，对七芯光纤形状传感器101的形状传感部分112实施传感形状的重构，实现七芯光纤形状传感器101的形状传感： 第1步、对分布应变数据一301、分布应变数据二302、分布应变数据三303、分布应变数据四304、分布应变数据五305、分布应变数据六306、分布应变数据七307进行分组，共计九种分布应变组合，分别为：分布应变组合一：应变数据一301、应变数据三303、应变数据五305，分布应变组合二：应变数据二302、应变数据四304、应变数据六306，分布应变组合三：应变数据一301、应变数据二302、应变数据三303，分布应变组合四：应变数据二302、应变数据三303、应变数据四304，分布应变组合五：应变数据三303、应变数据四304、应变数据五305，分布应变组合六：应变数据四304、应变数据五305、应变数据六306，分布应变组合七：应变数据一301、应变数据五305、应变数据六306，分布应变组合八：应变数据一301、应变数据二302、应变数据六306，分布应变组合九：应变数据一301、应变数据二302、应变数据三303、应变数据四304、应变数据五305、应变数据六306，分别计算九组分布应变组合的每个传感点的表观曲率向量Kij，其中表观曲率向量Kij＝[K1ij，K2ij]，i＝1、2、3…N，N为分布应变数据的传感点数量，j＝1、2、3…9，对应九种分布应变组合，分布应变组合一至分布应变组合八按以下公式计算： 其中，eiα、eiβ、eiΓ为对应组合中第i个传感点位置处的三个纤芯应变数据，α、β、γ为对应的三个纤芯在七芯光纤形状传感器101截面上的分布角度，r为纤芯距109，ei7为第i个传感点位置处的应变数据七307，分布应变组合九按以下公式计算： 其中，ei1、ei2、ei3…ei7为应变数据一301至应变数据七307，r为纤芯距109； 第2步、对九种分布应变组合的表观曲率向量Kij的表观曲率向量预测值KFi进行初始化，其中第一个传感点的表观曲率向量滤波值KF1为[0,0]，第二个传感点的表观曲率向量滤波值KF2为[0,0]； 第3步、依次计算下一个传感点的表观曲率向量预测值KFi，KFi＝2×KFi‑1‑KFi‑2，其中i＝3、4…N，N为分布应变数据的传感点数量； 第4步、在第i个传感点位置处，其中i＝3、4…N，将第1步得到的九组表观曲率向量Kij与第3步的表观曲率向量预测值KFi计算表观曲率向量误差的模ΔKij，计算方法为ΔKij＝|KFi‑Kij|，其中i＝3、4…N，N为分布应变数据的传感点数量，j＝1、2、3…9； 第5步、对第4步的表观曲率向量误差的模ΔKij从大到小的排序，新的表观曲率向量序列为Kis，其中，s＝1、2…9，而后进行聚类，在表观曲率向量序列Kis中选取第八位至第九位对应的表观曲率向量Kis，s＝8、9，并计算聚类后的表观曲率向量平均值将聚类后的表观曲率向量平均值Ki作为第i个传感点位置处的表观曲率向量滤波值KFi＝[KF1i，KF2i]，其中i＝3、4…N，N为分布应变数据的传感点数量； 第6步、重复执行第3步至第5步，直至获得全部传感点的表观曲率向量滤波值KFi＝[KF1i，KF2i]，其中i＝1、2…N，N为分布应变数据的传感点数量； 第7步、利用最小旋转框架的微分方程形式迭代重构七芯光纤形状传感器101各位置的最小旋转框架，最小旋转框架的微分方程形式为在每一步的迭代计算中，按微分方程形式将第i个传感点的表观曲率向量滤波值KFi＝[KF1i，KF2i]作为系数矩阵，采用第i个传感点的最小旋转框架[Ti，N1i，N2i]作为微分方程初始值，进而求解第i+1个传感点的最小旋转框架[Ti+1，N1i+1，N2i+1]，在第一步的迭代中以初始最小旋转框架205作为微分方程初始值，其中i＝1、2…N，N为分布应变数据的传感点数量； 第8步、利用第i个传感点的Ti向量和重构坐标Rxi,yi,zi求解出第i+1个传感点的重构坐标： Rxi+1,yi+1,zi+1＝TiΔs+Rxi,yi,zi其中，Δs为传感点空间分辨率115，i＝1、2…N，N为分布应变数据的传感点数量，在第一次的迭代中以初始最小旋转框架205的T向量206作为T1，Rxi,yi,zi为第i个传感点的重构坐标，在第一次的迭代中Rx1,y1,z1＝[0,0,0]； 第9步、重复执行第7步至第8步，直至获得全部传感点的重构坐标Rxi,yi,zi，其中i＝1、2…N，N为分布应变数据的传感点数量。

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