本文關(guān)鍵詞：Ф-OTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)模式識(shí)別方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：相干瑞利散射(Ф-OTDR)分布式光纖預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)光纖各部分后向散射光的光強(qiáng),實(shí)現(xiàn)對(duì)外部侵?jǐn)_活動(dòng)的檢測(cè)及其定位。在光纖預(yù)警系統(tǒng)中,外部侵?jǐn)_信號(hào)的分類識(shí)別至關(guān)重要。若產(chǎn)生誤報(bào),不但造成人力物力上的浪費(fèi),嚴(yán)重時(shí)可能延誤處理時(shí)機(jī)甚至危及生命財(cái)產(chǎn)安全。因此如何準(zhǔn)確識(shí)別入侵事件種類,及時(shí)報(bào)警,減少誤報(bào),避免不必要的資源浪費(fèi)一直是光纖預(yù)警系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題,受到研究者的廣泛關(guān)注。本文在課題組Ф-OTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上針對(duì)傳統(tǒng)模式識(shí)別方法應(yīng)用到光纖預(yù)警系統(tǒng)中存在的缺陷和不足,重點(diǎn)研究管道外部入侵事件所激發(fā)的信號(hào)特征,提出了高精度、高效率的模式識(shí)別方法。分析Ф-OTDR分布式光纖傳感原理及入侵信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理,研究入侵信號(hào)傳播過(guò)程,建立入侵信號(hào)傳播模型以及光纖預(yù)警系統(tǒng)中信號(hào)轉(zhuǎn)換模型,解釋了外力作用于光纖預(yù)警系統(tǒng)時(shí)檢測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生和傳遞過(guò)程。由于Ф-OTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)得到的散射曲線在空域上無(wú)法反應(yīng)信號(hào)特征,因此將曲線在時(shí)域上連綴進(jìn)行時(shí)-空重構(gòu)。對(duì)時(shí)-空域信號(hào)重構(gòu)過(guò)程進(jìn)行建模仿真,分析不同類型事件在時(shí)-空域的特征,對(duì)于信號(hào)特征分析和模式識(shí)別方法設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。針對(duì)先定位后提取信號(hào)特征的方法受初始相位的影響容易產(chǎn)生定位誤差,造成特征向量可分性差,導(dǎo)致模式重疊,本文提出了脈沖掃描成像形態(tài)特征提取方法,首先將時(shí)-空域信號(hào)進(jìn)行區(qū)域分割,然后提取事件區(qū)域的形態(tài)特征作為特征向量,并利用計(jì)算散布矩陣的方法進(jìn)行特征選擇,得到時(shí)-空域信號(hào)最優(yōu)特征向量。在分類器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),為了滿足Ф-OTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求,針對(duì)三種典型入侵事件信號(hào)非線性、小樣本的特點(diǎn),本文提出了相關(guān)向量機(jī)分類識(shí)別方法。針對(duì)不同的特征向量分布選擇不同的核函數(shù)。采用一對(duì)一的多分類決策滿足相關(guān)向量機(jī)多分類的需求,并采用交叉驗(yàn)證的方法來(lái)測(cè)試分類器性能。通過(guò)三種典型的管道入侵事件對(duì)本文的方法進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明本文提出的脈沖掃描成像信號(hào)特征提取方法能夠顯著提高分類準(zhǔn)確率以及識(shí)別效率,同時(shí),本文提出的相關(guān)向量機(jī)分類識(shí)別方法相比傳統(tǒng)的分類器具有更好的學(xué)習(xí)和泛化能力。對(duì)于Ф-OTDR光纖預(yù)警系統(tǒng),本文提出的模式識(shí)別方法能夠快速、精準(zhǔn)的識(shí)別入侵事件種類,減少誤報(bào),滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。
【關(guān)鍵詞】：相位敏感光時(shí)域反射計(jì) 安全預(yù)警系統(tǒng) 特征提取 模式識(shí)別
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.4
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-31
• 1.1 光纖預(yù)警傳感技術(shù)9-20
• 1.1.1 干涉型光纖傳感技術(shù)9-13
• 1.1.2 光纖光柵型傳感技術(shù)13-15
• 1.1.3 OTDR光纖傳感技術(shù)15-20
• 1.2 光纖傳感系統(tǒng)建模20-21
• 1.3 光纖預(yù)警系統(tǒng)模式識(shí)別21-27
• 1.3.1 特征提取22-25
• 1.3.2 模式識(shí)別分類器25-27
• 1.4 論文的主要內(nèi)容27-31
• 第二章 Φ-OTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)模型31-51
• 2.1 地表振動(dòng)32-35
• 2.2 光纖振動(dòng)35-37
• 2.3 光纖形變37-39
• 2.4 相位調(diào)制39-42
• 2.5 光電轉(zhuǎn)換42-45
• 2.6 仿真分析45-50
• 2.6.1 入侵事件作用力45-46
• 2.6.2 仿真模型46-50
• 2.7 小結(jié)50-51
• 第三章 Φ-OTDR光纖預(yù)警信號(hào)重構(gòu)51-67
• 3.1 信號(hào)采集51-52
• 3.2 信號(hào)重構(gòu)52-55
• 3.3 Ф-OTDR光纖預(yù)警信號(hào)時(shí)間-空間域描述55-66
• 3.4 小結(jié)66-67
• 第四章 光纖預(yù)警信號(hào)特征提取67-101
• 4.1 一維信號(hào)特征提取67-83
• 4.1.1 入侵事件定位68-69
• 4.1.2 小波特征提取69-73
• 4.1.3 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)特征提取73-77
• 4.1.4 特征評(píng)價(jià)77-83
• 4.2 脈沖成像形態(tài)特征提取83-99
• 4.2.1 信號(hào)閾值分割83-92
• 4.2.2 形態(tài)特征92-98
• 4.2.3 特征選擇98-99
• 4.3 小結(jié)99-101
• 第五章 模式識(shí)別分類器101-123
• 5.1.相關(guān)向量機(jī)分類器102-108
• 5.1.1 相關(guān)向量機(jī)102-104
• 5.1.2 核函數(shù)104-107
• 5.1.3 一對(duì)一多分類決策107-108
• 5.2 分類器參數(shù)108-111
• 5.3 分類器評(píng)價(jià)111-116
• 5.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用116-121
• 5.5 小結(jié)121-123
• 第六章 總結(jié)與展望123-125
• 6.1 主要研究成果123-124
• 6.2 需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題124-125
• 參考文獻(xiàn)125-133
• 科研成果頁(yè)133-134
• 致謝134-135

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3 王彥，

本文編號(hào)：291962