分散型音響センシングシステムのためのANS符号化高比率データ圧縮

科学分野:

• 地球物理学とセンサー技術
• 信号処理とデータ圧縮

背景:

• 位相感度光時間領域反射率（φ-OTDR）を使用した分散型音響センシング（DAS）は、大規模な振動監視機能を提供します。
• 連続DAS監視からの大量のデータは、送信、ストレージ、および処理の大きな課題をもたらします。
• DASデータの既存の圧縮方法は、信号忠実度を低下させ、重要な位相および低周波情報の保持に失敗することがよくあります。

研究 の 目的:

• 既存の技術の制限を克服する生のDAS信号の新しい圧縮方法を開発すること。
• 大規模DAS監視のための圧縮効率と信号忠実度を向上させること。
• 圧縮されたDASデータにおける位相特性と低周波詳細の保持を保証すること。

主な方法:

• 非対称数システム（ANS）を利用したエントロピーコーディングアプローチの実装。
• 復調をバイパスして、元々取得されたDAS信号を直接圧縮すること。
• 低周波信号や実際のエンジニアリングシナリオを含むさまざまな条件下での実験結果による検証。

主要な成果:

• PCC ≥ 0.95で最大76.9の圧縮率を達成しました。
• 時間領域SNR 76.44 dBおよび低い再構成遅延（0.187 s）で0.1 Hz信号の圧縮率73を維持しました。
• さまざまな建設擾乱イベントに対して高い平均圧縮率（最大74.23）および信号対雑音比（SNR）を実証しました。

結論:

• 提案されたANSベースのエントロピーコーディング方法は、空間分解能または重要な信号特性を犠牲にすることなく、生のDAS信号を効果的に圧縮します。
• このアプローチは、位相情報と低周波特徴を保持する、復調信号圧縮の制限を克服します。
• この方法は、複雑な環境における大規模で長期的なDAS監視に対して、非常に効率的で堅牢なソリューションを提供します。