[发明专利]光纤周界安全管理系统及其模式识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤周界安全管理系统，包括光纤传感器阵列、信号处理与解调系统和模式识别系统。该发明可以应用于边境安全、石油管线安全的监测和重要基础设施的保护等场合。不仅包括光纤传感系统本身，而且具有强大的通信、控制和数据管理能力。

背景技术

周界安全是安防领域中最为重要的方面之一。从长距离的边境线安全、石油管线的远程监测，到短距离的重要基础设施的防护，对国家安全和国民经济都有着重要的意义。近年来，随着计算机技术、通信技术、传感技术的不断进步，出现了各种新的安防手段。与传统的高压电缆、录像监控等手段相比，分布式光纤监控方案有着诸多优势，如信号通过光纤传输，不受外界电磁信号的干扰；与无线传感网络相比，不受功耗条件的限制，可以实现实时远程监控。

光纤传感器技术在多种领域获得了广泛的应用，因为有着高灵敏度、抗辐射与电磁干扰和易于大规模组网等优点，光纤加速度传感器及其网络在周界安全、石油管道监测领域有着不可比拟的技术优势。

现有的光纤传感系统，如专利CN1862239A、CN1995935A，采用普通光纤构成干涉仪的方案，有两个明显的缺点：第一，振动探测灵敏度不高；第二，定位精度不高。上面两种方案只是感受到了简单的压力信号，信息量有限，利用这些信号对各种事件类型是远远不够的。

光纤加速度传感器是基于光纤技术的地面振动加速度的换能器件，把地面的地震动信号转化成为光信号相位的变化，利用检测手段可以把实际信号还原出来，对地面振动信号作实时的监测。在安防应用场合，系统能够为可能的入侵事件进行预警，并且能够对事件的类型进行判别、分类，对应对方案的快速实施起到指导作用。

基于地震动信号的目标识别最早源于战场应用中的地面无人值守传感器(UGS)系统。UGS系统中一般包括声音、震动、红外、图像等多种传感器组成。地震动传感器是一种有效的探测方式，当有目标入侵时，目标运动产生对地面的刺激，从而产生地震动信号向远处传播。由地震动传感器进行感知，通过对各种地震动信号的分析，可以做出事件类型的判断。根据文献，因为地震动信号是典型的非平稳随机信号，所以对各类事件的识别需要很好的提取信号的特征。同时，也对高准确率的识别算法提出要求。

技术内容

本发明的目的在于，提供一种光纤周界安全管理系统及其模式识别方法，该系统及其方法可以应用于边境线安全、石油管线安全及其它周界安全场合的应用。

本发明提供一种光纤周界安全管理系统，其特征在于，该系统包含：

一光源；

一复用系统，该复用系统的输入端采用光纤与光源连接，该复用系统起到光纤通道复用的作用；

一光纤传感器阵列，该光纤传感器阵列的输入端采用光纤与复用系统的输出端连接，该光纤传感器阵列包含多个串连连接的地震动传感器，敏感外界侵入事件所引起的地震动信号，可以实现远距离多点监测；

一解调系统，该解调系统的输入端与复用系统的输出端连接，把光信号转化成电信号，并恢复出光纤传感器阵列所敏感的外界物理量的变化；

一信号处理与模式识别系统，该信号处理与模式识别系统的输入端与解调系统的输出端连接，对解调系统输出的信号进行处理并识别；

一报警管理系统，该报警管理系统的输入端与信号处理与模式识别系统的输出端连接，根据信号处理与模式识别系统的输出结果进行报警，管理和外界的通信。

本发明还提供一种光纤周界安全管理系统的模式识别方法，该方法采用权利要求1所述的系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：信号输入步骤，该步骤是接收解调系统所恢复出的侵入信号；

步骤2：信号预处理步骤，该步骤对信号输入步骤的信号进行去噪的预处理；

步骤3：特征提取步骤，该步骤对通过对信号的变换和统计，提取出不同侵入事件的本质属性，为进一步的识别做好准备；

步骤4：分类器的设计步骤，该步骤构造对侵入信号分类所使用的分类器模型；

步骤5：学习步骤，该学习步骤包含在特征提取步骤和分类器设计步骤之间，对特征库中不同事件的特征参量，不断的输入到已经设计好的分类器中，当分类性能达到最好时，学习步骤完成，这时，保存已经学习好的分类器参数；

步骤6：输出结果，该步骤给出侵入事件所发生的类型。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的光纤周界安全管理系统框图；

图2是表示自适应滤波器子系统；

图3是表示环境自适应恒虚警率算法流程图；

图4是表示特征提取流程图；