發(fā)布時間：2021-07-27 23:36

　　光纖傳感器具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、抗電磁干擾能力強和適應(yīng)大范圍監(jiān)測等優(yōu)點,在民航機場周界安防中有著重要應(yīng)用前景。但在數(shù)據(jù)采集和信號識別過程中,存在系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜,入侵行為多變,信號采集無法同步和信號分類識別準(zhǔn)確率不高的問題。針對以上問題,本文采用基于Mach-Zehnder和Φ-OTDR的聯(lián)合系統(tǒng)實現(xiàn)入侵信號的識別與定位工作。利用Labview軟件解決信號循環(huán)保存和同步采集的問題。采用奇異值分解（Singular Value Decomposition,SVD）方法對信號進行去噪,提高信號信噪比。利用改進粒子群優(yōu)化支持向量機（Modified Particle Swarm Optimization-Support Vector Machine,MPSO-SVM）實現(xiàn)信號的分類和識別。在天津空港某區(qū)域采集數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)處理并驗證本文方法有效性。論文主要從以下幾個方面展開1、利用labview軟件編寫信號聯(lián)合采集程序。根據(jù)Mach-Zehnder和Φ-OTDR聯(lián)合系統(tǒng)原理圖布置好實驗儀器,采用掛網(wǎng)式和埋地式光纖傳感器進行入侵信號探測,利用labview實現(xiàn)聯(lián)合系統(tǒng)信號連續(xù)采集,同步采集,... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光纖受到徑向力示意圖

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文11換信息。假設(shè)激光器發(fā)出光源在光纖中傳輸，經(jīng)光電探測器接收到距離光源為L處產(chǎn)生的后向瑞利散射光時間為t，有t時刻該信號傳輸位置與入射光的距離可表示為2ctLn(2.11)式中：c為真空中光速；n為光纖折射率。此時脈沖光信號峰值功率為0PPexpL(2.12)式中：0P為激光器輸出脈沖光信號功率；為光路中的光纖衰減系數(shù)。在距激光器距離為L時，后向瑞利散射光功率為01exp2RRPcPSWLn(2.13)式中：R為瑞利散射系數(shù)，一般取0.12~0.15dB/km；S為后向散射光功率捕獲因子；W為脈沖光信號脈沖寬度。有光電探測器最終接收到的后向瑞利散射光功率為0011exp2exp22RRRctPPSWcLPSWcnnn(2.14)根據(jù)后向瑞利散射光功率公式知，光時域反射儀接收到的信號功率表現(xiàn)形式為一條從左到右滿足指數(shù)衰減的曲線。側(cè)面反映了脈沖光信號在光纖中傳輸?shù)男畔�。�?dāng)傳感光纖受到外界徑向力作用時，脈沖光信號功率曲線會有一個凸起，然后慢慢減少，功率趨向于平穩(wěn)，此時可通過計算時延確定振動信號發(fā)生位置[42]。圖2-3Ф-OTDR系統(tǒng)原理圖圖2-3為相干探測Ф-OTDR系統(tǒng)原理圖，激光器發(fā)出連續(xù)光信號經(jīng)隔離器傳輸至耦合器，隔離器確保信號未受干擾源影響，耦合器采用分光比的方式將連續(xù)光分成兩路，

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文132.2基于Mach-Zehnder和Φ-OTDR聯(lián)合系統(tǒng)的設(shè)計由上節(jié)利用Ф-OTDR系統(tǒng)進行直接探測可知，后向瑞利散射光信號極其微弱，經(jīng)雙平衡探測器轉(zhuǎn)換后的信號不足以支撐信號進行長距離探測，因為信號光功率低，探測距離越大光功率衰減越快，后向瑞利散射信號微弱，信噪比較低，傳感距離短，限制了其工程應(yīng)用，故在實際應(yīng)用探測中，要求光功率信號強，探測距離遠。而針對相干探測Ф-OTDR系統(tǒng)，本振光與脈沖光混頻使得有用信號增強，信號信噪比提升，基于光纖傳感器靈敏度高的特性，受到徑向力的傳感光纖引起信號后向瑞利散射光功率和相位發(fā)生變化，使得系統(tǒng)定位效果良好。但是，在處理相干探測的Ф-OTDR信號時，存在信號解調(diào)復(fù)雜的問題，不易對入侵振動信號進行分類識別上的工作。對于Mach-Zehnder系統(tǒng)，它能夠很好地從信號的相位形式上區(qū)分振動信號，達到分類識別的效果，但是其在信號多點定位上的缺陷使得系統(tǒng)不能廣泛應(yīng)用�；谝陨蠁栴}，設(shè)計Mach-Zehnder與Ф-OTDR聯(lián)合預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)光纖傳感器的定位和識別。圖2-4聯(lián)合光纖周界系統(tǒng)理論模型Mach-Zehnder與Ф-OTDR聯(lián)合預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。激光器發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)隔離器傳輸至耦合器，其目的是保證信號不被干擾，通過13耦合器將光源分為三路，分光比為0.1:90:9.9，其中9.9%的連續(xù)光作為單Mach-Zehnder系統(tǒng)光源，90%與0.1%的光分別作為相干探測Ф-OTDR的脈沖光和本振光，Mach-Zehnder子系統(tǒng)和Ф-OTDR子系統(tǒng)相互獨立工作，二者的傳感光纖位于同一個光纜內(nèi)。其中Mach-Zehnder子系統(tǒng)工作流程如下。9.9%的連續(xù)光光源經(jīng)50%：50%耦合器均分連續(xù)光信號，分別在參考臂和傳感臂上進行信號傳輸，在耦合器4處發(fā)生相干干涉，然后信號經(jīng)雙平衡探測器轉(zhuǎn)換


本文編號：3306763