Fiber optik dağıtık akustik algılama için yeni işaret işleme yöntemleri

Bu tez çalışmasında, fiber optik dağıtık akustik sensör (DAS) sistemlerindeki gürültünün etkilerini azaltmak için iki yeni yaklaşım önerilmiş; önerilen yöntemlerin de geçerliliğini kanıtlamak için gerçek bir faz-duyarlı OTDR sistemi geliştirilmiştir. Birinci yaklaşım, faz-OTDR işaretlerinin zamansal uyarlamalı işlenmesine dayanmaktadır. Bu yöntem uyarlamalı doğrusal bir süzgeç çıkışındaki işaret-gürültü oranının en iyileştirilmesini temel alır ve ilgili titreşim frekansı önceden bilindiğinde uyarlamalı uyumlu süzgeç (AMF) olarak anılır. Tezde sunulan ikinci yaklaşım ise titreşim frekanslarının önceden bilinmesini gerektirmez ve özilinti matrisinin en büyük özdeğerinin hesaplanmasına dayalıdır. Her iki yöntem de ölçümlerin özilişki özelliklerinden yararlanmaktadır. Birincisinde, gürültünün en uygun şekilde ve doğrusal olarak süzülmesi için gereken uyarlamalı bir ağırlık vektörünün hesaplanması için gürültü ilinti matrisi kestirilir. İkincisinde, ilinti matrisinin özdeğerleri hesaplanır ve en büyük özdeğer fiber güzergâhı üzerindeki titreşimlerin algılanması için test istatistiği olarak kullanılır. En büyük özdeğer algılama (MED) yöntemi olarak bilinen bu yöntem, ikili sezim eşiğinin tespiti amacı ile rastlantı matrisi kuramı ile desteklenmektedir. İlk olarak önerilen yöntemlerin etkinliği Monte Carlo benzetimleri ile gösterilmiştir. İkinci aşamada, gerçek veri toplamak, AMF ve MED yöntemlerinin laboratuvar testleri ile kullanılabilirliğini doğrulamak amacı ile gerçek bir faz-OTDR sistemi geliştirilmiştir. Son olarak, önerilen yöntemlerin gerçek koşullarda geçerliliğini test etmek amacı ile, hem zemin altında gömülü hem de çit üzerindeki fiber optik kablolar kullanılarak kapsamlı saha testleri gerçekleştirilmiştir. Test sonuçları, herhangi bir optik kuvvetlendirici donanımı kullanmadan ve sistemin frekans yanıtını bozmadan, 20 dB'den yüksek SNR değerleri elde edilebildiğini göstermektedir.