[发明专利]一种光纤周界安防系统屏蔽气候影响的方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感及信号处理技术领域，具体涉及一种光纤周界安防系统屏蔽气候影响的方法。

背景技术

光纤不仅仅用于信号传输, 在感测应用中采用光纤, 还可使光纤作为传感器。当外界干扰影响传到光纤时,光纤传输的光的部分特性就会改变, 通过配置专门的感测仪表就能监测使光的特性即衰减、相位、波长、极化、模场分布和传播时间变化的干扰。通过光的调变, 使得许多事件和状态的测量成为可能, 这些事件包括张力、位移、损坏、破坏、振动频率、冲击、声波、温度、负载等。

光纤周界安防系统是利用光纤作为传感介质的一种分布式传感系统, 其中, 光纤既作为传感介质, 又作为光传输的介质。光纤周界安防系统可以在传感光纤布设长度内, 对一定精度范围内的突发事件进行远程和实时的监测。因此, 在军事国防、石油管道以及民用安全防护监测方面有着重要的应用前景。

光纤周界安防系统的原理是基于反馈环的光纤干涉型传感器，当外界振动信号作用于光纤上时，将引起入射光与出射光相位的变化，通过构造光纤干涉型传感器，可以利用干涉信号的相位差如实地将振动信号还原。由于光纤的耐腐蚀性及抗电磁干扰性，很适合用于野外环境中，可将光纤布设于围栏及地面上，用于探测入侵行为。

由于传感光纤一般布设于野外，很容易受到风雨的影响，风雨的信号与入侵信号有很大的差异性，因此可以对信号进行一些预处理而在一定程度上屏蔽风雨的干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单有效的光纤周界安防系统屏蔽气候影响的方法。其通过一些信号处理算法对光纤周界安防系统所采集到的信号进行一系列处理，使处理结果对风吹、下雨等事件有一定的判别能力，从而予以剔除。

本发明中，光纤周界安防系统的结构示意图如图1所示，具体包括光源、光纤干涉系统、传感光纤、光电探测器、数据采集卡和信号处理平台。工作时，光源发出的光输入光纤干涉系统，使得施加于传感光纤上的信号经过干涉系统进行干涉，经光电检测器后采集进计算机，经信号处理平台还原为外界扰动信号。由于光纤耐腐蚀抗电磁干扰性等独特优势，可以围栏布设或地埋布设以感应外界扰动信号并对人为入侵信号进行报警。

外界扰动信号是一个随时间变化的量，记为                                                。当扰动作用于传感光纤上任意一点时，光纤内部传输光的相位会发生相应变化，通过构造光纤传感系统，可采集到两路与有关的信号，用公式表示为：

            （1）                                                                                

            （2）                                                                                     

   其中A、B、、均为常量，对（1）（2）式作相应处理后可求出

    （3）                                                                 

通过（3）式的转换可完成传感光纤对外界扰动信号的拾取，系统作为周界安防的功能得到实现。

由于外界传感光纤感应的是任一扰动信号，外界环境信号比如风雨也会作为扰动信号加以采集，因此会影响传感系统对入侵信号的检测，故软件处理平台需对扰动信号加以甄别，以屏蔽风雨信号的干扰。由于系统的原理决定了系统输出信号经转换后得到的与外界信号是成线性关系的，而外界的风和雨信号在幅度和频率上与入侵信号存在着显著差别，所以可对系统输出信号的幅度及频率加以处理后提取出风雨信号与攀爬围栏及走路这些入侵信号所不同的特征。

由于风雨信号及入侵信号均为短时信号，所以针对光纤周界安防系统输出信号的独特特性，借鉴语音端点检测的一些算法，对于语音信号处理中常用的短时能量法和短时过零率法进行改进后，可有效地滤除无用信号，并一定程度上排除自然界中风和雨的干扰。

光纤周界安防系统采集的是户外信号，包括环境信号，如风雨，当光纤布设于围栏上时，探测的有用信号是攀爬信号，当光纤布设于地面上时，探测的有用信号是走路信号。因此，针对这些信号的特征，不能笼统地套用语音信号中的短时能量及短时过零率算法，应在参数方面加以改进后进行端点检测。

本发明提供的一种光纤周界安防系统屏蔽气候影响的方法，具体步骤如下：