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申请/专利权人：南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江)

摘要：本发明公开了一种基于分布式光缆的海洋岛礁近岸防卫监测系统及方法。系统包括传感光缆、传感解调系统、数据处理模块和上位机；其中，传感光缆铺设于岛礁岸线，用于检测所铺设岛礁岸线位置的温度变化、振动变化和应变变化；传感解调系统用于向传感光缆提供入射光信号并接收传感光缆返回的散射光信号；数据处理模块用于对传感解调系统接收的散射光信号进行解算，得到传感光缆所铺设岛礁岸线位置的温度变化、振动变化和应变变化，并作为数据处理结果输出；上位机用于对数据处理结果进行可视化实时展示和储存。本发明引入分布式光缆传感技术，利用其所具有长距离、低成本、多参量连续监测、且不易受环境因素影响的特点，能够满足海洋岛礁的监测需求。

主权项：1.一种基于分布式光缆的海洋岛礁近岸防卫监测系统，其特征在于，包括传感光缆、传感解调系统、数据处理模块和上位机；所述传感光缆铺设于岛礁岸线的大潮高潮线之上；所述传感光缆的铺设避开土质疏松及岩石层交替区域；所述传感光缆用于检测所铺设岛礁岸线位置的温度变化、振动变化和应变变化；所述传感解调系统连接所述传感光缆的一端；所述传感解调系统用于向所述传感光缆提供入射光信号并接收所述传感光缆返回的散射光信号；所述数据处理模块连接所述传感解调系统；所述数据处理模块用于对所述传感解调系统接收的散射光信号进行解算，得到所述传感光缆所铺设岛礁岸线位置的温度变化、振动变化和应变变化，将所述岛礁岸线位置的温度变化、振动变化和应变变化作为数据处理结果输出；所述上位机连接所述数据处理模块；所述上位机用于对所述数据处理模块的数据处理结果进行可视化实时展示和储存；所述传感光缆返回的散射光信号包括背向瑞利散射光信号、背向拉曼散射光信号和背向布里渊散射光信号；所述数据处理模块对所述传感解调系统接收的散射光信号进行解算，得到所述传感光缆所铺设岛礁岸线位置的温度变化、振动变化和应变变化，具体包括以下步骤：所述传感光缆所铺设岛礁岸线位置的温度变化，具体通过所述背向拉曼散射光信号的强度变化获取；所述传感光缆所铺设岛礁岸线位置的振动变化，具体通过所述背向瑞利散射光信号的强度变化获取；所述传感光缆所铺设岛礁岸线位置的应变变化，具体通过所述背向布里渊散射光信号的频移变化获取；所述数据处理模块通过背向拉曼散射光信号的强度变化获取传感光缆所铺设岛礁岸线位置的温度变化，具体包括以下步骤：所述背向拉曼散射光信号中具体包括拉曼斯托克斯散射光信号和拉曼反斯托克斯散射光信号；所述拉曼斯托克斯散射光信号Ps通过如下公式表示： 所述拉曼反斯托克斯散射光信号Pas通过如下公式表示： 式中，Po表示所述入射光信号的功率，Ks表示拉曼斯托克斯散射光信号的散射系数，Kas表示拉曼反斯托克斯散射光信号的散射系数，α0表示入射光信号的损耗系数，αs表示拉曼斯托克斯散射光信号的损耗系数，αas表示拉曼反斯托克斯散射光信号的损耗系数，RsT表示拉曼斯托克斯散射光信号的温度调制函数，RasT表示拉曼反斯托克斯散射光信号的温度调制函数；拉曼斯托克斯散射光信号的温度调制函数RsT具体为如下公式： 拉曼反斯托克斯散射光信号的温度调制函数RasT具体为如下公式： 式中，T表示温度，h表示普朗克常量，k是玻尔兹曼常数；所述数据处理模块对所述拉曼斯托克斯散射光信号Ps和拉曼反斯托克斯散射光信号Pas进行解调，得到温度调制函数RsT和RasT；通过所述温度调制函数RsT和RasT的变化获取所述传感光缆所铺设岛礁岸线位置发生的温度变化；所述数据处理模块通过背向瑞利散射光信号的强度变化获取传感光缆所铺设岛礁岸线位置的振动变化，具体包括以下步骤：根据所述背向瑞利散射光信号的幅值绘制实时振动曲线；根据上一时刻背向瑞利散射光信号的幅值绘制上一时刻振动曲线；比较所述实时振动曲线和上一时刻振动曲线的幅值差异，绘制得到差分曲线；对所述差分曲线进行差分计算得到传感光缆所铺设岛礁岸线位置的振动变化；所述数据处理模块通过背向布里渊散射光信号的频移变化获传感光缆所铺设岛礁岸线位置的应变变化，具体包括以下步骤：通过以下公式计算所述背向布里渊散射光信号中的布里渊频移： 式中，n表示所述传感光缆的折射率，Va表示所述传感光缆中的声速，λp表示所述入射光信号中心波长；其中声速Va表示为： 其中E表示所述传感光缆的杨氏模量，k表示所述传感光缆的泊松比，ρ表示所述传感光缆的密度；当所述传感光缆所铺设岛礁岸线位置发生应变变化时，所述传感光缆的折射率n、声速Va和入射光信号中心波长λp发生变化，导致所述背向布里渊散射光信号中的布里渊频移发生变化；数据处理模块通过对所述布里渊频移的变化进行解算，得到传感光缆所铺设岛礁岸线位置的应变变化。

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