布里渊散射谱特征提取：互相关卷积与高阶矩质心计算新方法

"该文提出了一种新的布里渊散射谱特征提取方法，结合了互相关卷积和高阶矩质心计算，用于改善分布式光纤传感系统中的实时性问题，特别是布里渊光时域分析（BOTDA）系统的测量速度。通过与理想Lorentz曲线的互相关卷积，然后利用高阶矩质心提取，可以快速准确地估计布里渊频移（BFS），并且避免了传统Lorentz拟合（LCF）方法的复杂迭代过程。实验结果显示，新算法在保持高精度的同时，显著减少了测量时间，并且在长距离、高分辨率的动态测量中，其误差远低于基于莱文伯-马奈特（LM）算法的LCF方法。" 文章详细阐述了一种新的布里渊散射谱特征提取技术，旨在解决布里渊光时域分析系统实时性不足的问题。布里渊散射是光纤传感中的一个重要现象，尤其在分布式温度和应变监测中有着广泛应用。传统的特征提取方法，如Lorentz拟合，虽然能够提供精确的测量结果，但往往需要较长的计算时间，这在实时监控和快速响应的场景下成为限制。 该文提出的解决方案是将互相关卷积与高阶矩质心计算相结合。互相关卷积用于比较布里渊散射谱和理想Lorentz曲线，寻找最佳匹配点，这有助于快速定位谱的特征。接着，利用卷积结果的峰值附近区域，采用高阶矩质心计算来估计布里渊频移，这种方法不需要迭代过程，从而节省了计算时间。 在1.5 km的瑞利BOTDA温度传感系统中，新算法的性能得到了验证。实验表明，新算法不仅保持了良好的测量精度，而且在选择合适的数据点数和阶数时，可以将误差控制在1 MHz以内，远优于传统的LCF方法。特别是在需要快速测量的长距离、高分辨率场景下，新算法的测量误差明显减小，证明了其在提高系统实时性方面的优势。 这一创新方法对于提升分布式光纤传感系统的实时性能和效率具有重要意义，为未来光纤传感技术的发展提供了新的思路。同时，它也为解决因测量速度限制而引发的问题提供了有效的解决方案，尤其是在需要快速响应的光纤监测应用中，如地质灾害预警、电力系统安全监测等领域。