吉林大学学报(工学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (4): 1412-1418.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20240335

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全波形反演下分布式光纤声波传感信号低信噪比自适应任务调度

谭乐婷(),邓慧   

  1. 西南石油大学 计算机与软件学院,四川 南充 637001
  • 收稿日期:2024-03-26 出版日期:2025-04-01 发布日期:2025-06-19
  • 作者简介:谭乐婷(1980-),女,副教授,硕士. 研究方向:计算机系统结构,嵌入式系统.E-mail: tltjsj@163.com
  • 基金资助:
    2023年西南石油大学(南充)市校科技战略合作专项项目(23XNSYSX0062)

Adaptive task scheduling for distributed fiber optic acoustic sensing signals with low signal-to-noise ratio under full waveform inversion

Le-ting TAN(),Hui DENG   

  1. School of Computer Science and Software Engineering,Southwest Petroleum University,Nanchong 637001,China
  • Received:2024-03-26 Online:2025-04-01 Published:2025-06-19

摘要:

针对分布式光纤声波传感信号在实际应用中受环境噪声干扰、光纤传输限制及多任务处理需求影响,导致低信噪比问题,提出了基于全波形反演的自适应任务调度方法,旨在提高信号信噪比,优化多任务调度,从而提升传感系统的整体性能。利用基于改进伴随状态源方程的全波形反演方法,对分布式光纤声波传感信号直接实施全波形反演。采用构建的神经网络,学习变量关系,根据变量关系给出当前迁移阶段选择主体任务各自子任务的解剩余数量,更新迁移任务被择选的概率,自适应地动态选择迁移任务,实现多任务调度。在基准测试函数上进行多任务调度效果检验,适应度与离散度评估结果的发展态势均相对积极,适应度超过8,离散度低于0.3。可见,该方法能够有效处理传感信号的低信噪比问题,提高分布式光纤声波传感系统的多任务调度质量,对于低信噪比信号的系统多任务调度具有强助力作用。

关键词: 分布式光纤声波传感系统, 低信噪比信号, 全波形反演, 变量关系学习, 迁移任务动态选择, 多任务调度

Abstract:

Distributed fiber optic acoustic sensing signals are affected by environmental noise interference, fiber optic transmission limitations, and multitasking processing requirements in practical applications. To solve this problem, an adaptive task scheduling method based on full waveform inversion is proposed, aiming to improve the signal-to-noise ratio, optimize multi task scheduling processing, and thus enhance the overall performance of the sensing system. Using a full waveform inversion method based on an improved adjoint state source equation, direct full waveform inversion is performed on distributed fiber optic acoustic sensing signals. Using a constructed neural network to learn variable relationships. Based on the variable relationship, provide the remaining number of solutions for each subtask of the selected main task in the current migration stage, update the probability of selecting the migration task, adaptively and dynamically select the migration task, and achieve multi task scheduling. The performance of multi task scheduling was tested on the benchmark test function, and the development trend of fitness and dispersion evaluation results was relatively positive, with fitness exceeding 8 and dispersion below 0.3. It can be seen that this method can effectively handle the problem of low signal-to-noise ratio of sensing signals, improve the quality of multi task scheduling in distributed fiber optic acoustic sensing systems, and have a strong assisting effect on multi task scheduling in systems with low signal-to-noise ratio signals.

Key words: distributed fiber optic acoustic sensing system, low signal-to-noise ratio signal, full waveform inversion, variable relationship learning, dynamic selection of migration tasks, multi task scheduling

中图分类号: 

  • TP391

图1

用于学习变量关系的神经网络架构"

图2

传感信号低信噪比自适应任务调度流程图"

表1

分布式光纤声波传感一体化设备技术参数"

组件指标设定结果
声波传感器传感距离20 km
超低噪声掺铒光纤放大器线宽3 kHz
中心波长1 600 nm
脉冲宽度150 ns
重复频率20 kHz
脉冲峰值激光功率30 dB·m
声光调制器输入阻抗50 Ω
移频80 MHz
平衡光电探测器波长1 550 nm
增益30 kV/A
耦合方式交流
输出信号带宽100 MHz
探测路数双路
调制模式外调制
尾纤光纤种类900 μm套管
长度(1 000±10) mm
连接头种类FC/APC

图3

分布式光纤声波传感系统自适应任务调度测试现场"

图4

分布式光纤声波传感信号抗干扰能力示意图"

图5

自适应任务调度下测试函数的适应度均值与离散度示意图"

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