提出了一種基于相位敏感光時(shí)域反射計(jì)Φ-OTDR的分布式光纖傳感周界安防系統(tǒng)的擾動(dòng)信號(hào)處理算法,先對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪和加窗分幀處理,然后采用三層小波包分解實(shí)現(xiàn)信號(hào)能量特征提取,最終基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)信號(hào)分類(lèi).通過(guò)Matlab實(shí)驗(yàn)分析,本識(shí)別方法能夠有效的區(qū)分風(fēng)雨、電鉆等機(jī)械振動(dòng)、汽車(chē)碾壓、人為攀爬不同類(lèi)型的擾動(dòng)事件,準(zhǔn)確率分別達(dá)到85.7%,94.3%,91.4%和90%,系統(tǒng)穩(wěn)定性高、誤報(bào)率低,有效節(jié)約了人力資源成本,提高了工作效率. 

【文章來(lái)源】：棗莊學(xué)院學(xué)報(bào). 2020,37(05)

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【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(dòng)信號(hào)主要為兩大類(lèi)，一類(lèi)是風(fēng)雨等環(huán)境因素導(dǎo)致的非入侵?jǐn)_動(dòng)，另一類(lèi)是人為的入侵?jǐn)_動(dòng)或蓄意入侵，例如人為攀爬、汽車(chē)碾壓以及電鉆或機(jī)車(chē)挖掘施工導(dǎo)致的機(jī)械振動(dòng)等.如何區(qū)分?jǐn)_動(dòng)信號(hào)是環(huán)境噪聲干擾還是人為入侵以及入侵信號(hào)的分類(lèi)是工程應(yīng)用中重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，尤其是第一步判斷擾動(dòng)信號(hào)是否為入侵信號(hào)是降低誤報(bào)率的有效手段.經(jīng)過(guò)光電探測(cè)和前置放大后的擾動(dòng)信號(hào)被采集后送入上位機(jī)進(jìn)行處理，圖2為具體處理流程.本文設(shè)計(jì)的方案為首先將采集的信號(hào)進(jìn)行降噪和加窗分幀等預(yù)處理，然后通過(guò)三層小波包分解實(shí)現(xiàn)信號(hào)能量特征提取，最后以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為分類(lèi)器實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)分類(lèi)．2.1 預(yù)處理

傳感光纖中的后向瑞利彈性散射信號(hào)非常微弱，這就要求光電探測(cè)器的靈敏度非常高，上位機(jī)采集到的信號(hào)會(huì)夾帶大量的背景噪聲，如何盡可能去除噪聲是信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別之前面對(duì)的首要問(wèn)題.背景噪聲主要有三類(lèi)，第一類(lèi)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(dòng)噪聲以及環(huán)境溫度變化引起的相位漂移噪聲，第二類(lèi)是系統(tǒng)探測(cè)器等電學(xué)元器件產(chǎn)生的近似為白噪聲的電噪聲，第三類(lèi)是光信號(hào)在傳感傳輸過(guò)程中存在的光強(qiáng)噪聲和瑞利噪聲等.采用數(shù)字信號(hào)濾波器是目前信號(hào)預(yù)處理階段的首選，F(xiàn)IR濾波器相較于IIR濾波器能得到線(xiàn)性的相位，在滿(mǎn)足幅頻響應(yīng)要求下擾動(dòng)信號(hào)能夠進(jìn)行無(wú)失真的通過(guò)，且應(yīng)用靈活并容易實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器最常用的設(shè)計(jì)辦法是頻率采樣法和窗函數(shù)法.所以，本文設(shè)計(jì)了基于漢明窗的FIR濾波器對(duì)擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，上限截止頻率設(shè)定為fH=20KHz,FIR濾波器幅頻增益響應(yīng)如圖3所示，濾波后的風(fēng)雨、電鉆等機(jī)械振動(dòng)、汽車(chē)碾壓、人為攀爬四種擾動(dòng)事件的信號(hào)波形如圖4所示．2.1.2 加窗分幀

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于小波包的分布式光纖信號(hào)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(dòng)傳感系統(tǒng)模式識(shí)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(hào)的多目標(biāo)識(shí)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(dòng)傳感系統(tǒng)模式識(shí)別研究[D]. 張顏.北京交通大學(xué) 2016
[2]采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分布式入侵檢測(cè)模型構(gòu)建[D]. 周貴旺.山西大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3287957