Граничные условия алгебраического решения малоракурсной волоконно-оптической томографической задачи
Authors: Денисов И.В. , Пискун Д.Н. 
Published: December 2024

Приведено общее математическое описание для двух новых схем укладок волоконно-оптических измерительных линий распределенной волоконно-оптической измерительной сети по трем направлениям со смещением диагональных линий зигзагообразным способом. Представлены численные результаты, доказывающие преимущества новых схем укладок по сравнению с традиционными для волоконно-оптических измерительных сетей. Обосновано развитие распределенных волоконно-оптических измерительных сетей на основе протяженных чувствительных элементов интерферометрического типа для формирования синограмм внешних физических полей. Доказана применимость к ним подходов малоракурсной волоконно-оптической томографии при решении задач контроля состояния распределенных волоконно-оптических измерительных сетей на протяженных участках для систем мониторинга физических полей. Дано описание выделения полезного сигнала из общего потока поступающих данных, состав и особенности помех и шумов. Представлены граничные условия для работы такой системы мониторинга с точки зрения внешних условий, критериев для рассматриваемых волоконно-оптических интерферометрических чувствительных элементов и соотношения сигнал/шум. Приведены результаты моделирования для двух крайних случаев рассматриваемых внешних физических воздействий на распределенную измерительную сеть. Продемонстрированы возможности выделения и обработки полезных сигналов, имеющих значения практически на уровне шумов, а также работы системы мониторинга с низким уровнем шумов. Цель работы – дать математическое обоснование перспективности применения двух новых схем укладок волоконно-оптических измерительных линий распределенной сети для перехода к томографической реализации системы охраны протяженных участков со скрытыми волоконно-оптическими интерферометрическими чувствительными элементами в очерченных граничных условиях работы системы мониторинга физических полей.

General mathematical definition of two layouts of the fiber-optical measuring lines on distributed fiber-optical measuring network in three directions with diagonal lines removal and zigzag method are given. The results on advantages of new layouts as opposed to traditional are presented. The development of distributed fiber-optical measuring networks based on extended interferometric-type sensing elements for synograms formation of external physical fields is substantiated. The applicability of few view fiber-optical tomography for solving problems of distributed fields monitoring on extended perimeters has been proven. The description of useful signal allocation from the general flow of incoming data, composition and features of interference and noise is given. The boundary conditions for operation of such monitoring system are presented in terms of external conditions, criteria for considered fiber-optical interferometric sensing elements and the signal-to-noise ratio. The results of modeling for two extreme cases of considered external physical influences on a distributed measuring network are presented. The possibilities of isolating and processing useful signals that have values almost at the noise level, as well as the operation of the monitoring system with low noise level, are demonstrated. The purpose of this work is mathematically justification of two new layouts of fiber-optical measuring lines for transition to tomographic implementation of security system for extended areas with hidden fiber-optical interferometric sensitive elements, to describe the boundary conditions of physical fields monitoring system.