提出了一種基于相位敏感光時域反射計Φ-OTDR的分布式光纖傳感周界安防系統(tǒng)的擾動信號處理算法,先對信號進行降噪和加窗分幀處理,然后采用三層小波包分解實現(xiàn)信號能量特征提取,最終基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)擾動信號分類.通過Matlab實驗分析,本識別方法能夠有效的區(qū)分風雨、電鉆等機械振動、汽車碾壓、人為攀爬不同類型的擾動事件,準確率分別達到85.7%,94.3%,91.4%和90%,系統(tǒng)穩(wěn)定性高、誤報率低,有效節(jié)約了人力資源成本,提高了工作效率. 

【文章來源】：棗莊學院學報. 2020,37(05)

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

Φ-OTDR原理圖

分布式光纖傳感周界安防系統(tǒng)的外界擾動信號主要為兩大類，一類是風雨等環(huán)境因素導致的非入侵擾動，另一類是人為的入侵擾動或蓄意入侵，例如人為攀爬、汽車碾壓以及電鉆或機車挖掘施工導致的機械振動等.如何區(qū)分擾動信號是環(huán)境噪聲干擾還是人為入侵以及入侵信號的分類是工程應用中重點考慮的問題，尤其是第一步判斷擾動信號是否為入侵信號是降低誤報率的有效手段.經(jīng)過光電探測和前置放大后的擾動信號被采集后送入上位機進行處理，圖2為具體處理流程.本文設計的方案為首先將采集的信號進行降噪和加窗分幀等預處理，然后通過三層小波包分解實現(xiàn)信號能量特征提取，最后以BP神經(jīng)網(wǎng)絡為分類器實現(xiàn)對擾動信號分類．2.1 預處理

傳感光纖中的后向瑞利彈性散射信號非常微弱，這就要求光電探測器的靈敏度非常高，上位機采集到的信號會夾帶大量的背景噪聲，如何盡可能去除噪聲是信號進行模式識別之前面對的首要問題.背景噪聲主要有三類，第一類是分布式光纖傳感周界安防系統(tǒng)可能穿越山區(qū)、河流、道路等不同地質(zhì)環(huán)境而引起的低頻地質(zhì)振動噪聲以及環(huán)境溫度變化引起的相位漂移噪聲，第二類是系統(tǒng)探測器等電學元器件產(chǎn)生的近似為白噪聲的電噪聲，第三類是光信號在傳感傳輸過程中存在的光強噪聲和瑞利噪聲等.采用數(shù)字信號濾波器是目前信號預處理階段的首選，F(xiàn)IR濾波器相較于IIR濾波器能得到線性的相位，在滿足幅頻響應要求下擾動信號能夠進行無失真的通過，且應用靈活并容易實現(xiàn)，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器最常用的設計辦法是頻率采樣法和窗函數(shù)法.所以，本文設計了基于漢明窗的FIR濾波器對擾動信號進行低通濾波，上限截止頻率設定為fH=20KHz,FIR濾波器幅頻增益響應如圖3所示，濾波后的風雨、電鉆等機械振動、汽車碾壓、人為攀爬四種擾動事件的信號波形如圖4所示．2.1.2 加窗分幀

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于小波包的分布式光纖信號降噪方法[J]. 吳亞明.  激光雜志. 2018(10)
[2]基于SVM算法的φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)模式識別研究[J]. 張俊楠,婁淑琴,梁生.  紅外與激光工程. 2017(04)
[3]分布式光纖傳感器周界安防入侵信號的多目標識別[J]. 喻驍芒,羅光明,朱珍民,葉劍.  光電工程. 2014(01)

碩士論文
[1]Ф-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)模式識別研究[D]. 張顏.北京交通大學 2016
[2]采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡的分布式入侵檢測模型構(gòu)建[D]. 周貴旺.山西大學 2011



本文編號：3287957