[发明专利]一种分布式光纤振动传感系统扰动事件识别及定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及周界安防技术领域，尤其涉及一种分布式光纤振动传感系统扰动事件识别及定位方法。

背景技术

随着国内安全事故的频发，国家对于安全问题日益重视，近年来我国的安防行业，尤其是后来发展起来的周界入侵防范行业也随之显示出极高的增长率和广阔的发展前景。在周界入侵防范领域，如何开发更加稳定可靠的安防系统，对敏感和重要区域的周界进行有效的安全防护，适应其高安全级别和特殊安防要求，一直是行业内的一项研究重点和技术难点，存在着较大的市场空白。

随着光通信技术的发展，光传感技术得到了大力推进。由于在光纤中传播的光的相位、强度、及偏振态会受到光纤沿测的物理场，比如，温度、压力、振动等的影响，通过检测光的参数，可以还原出这些物理量。分布式光纤传感技术可以实时连续感知和定位光纤沿测的物理量，越来越受到研究人员的重视，并取得了很多技术上的突破。采用光纤作为传感器，完全不需供电，防火、防爆，不需作任何防雷、防磁处理。由于光纤本身不导电，所以它不会受到雷电、静电等的破坏。此外光纤不发射，也不接收以下信号：电磁信号，雷达信号，无线电信号，高压静电信号。光纤的损耗很低，可以实现长距离大范围的分布式传感。光纤的柔韧性，也使得此类传感器更好的与被测物体或环境融合在一起。

基于光纤传感的上述特点，近十年来，研究人员一直尝试将分布式光纤振动传感系统应用到周界安防、管道防护及线缆安全监测领域。实际应用环境的复杂性及工程稳定性可靠性要求是分布式光纤振动传感系统从实验室到工程应用的主要障碍。现阶段的扰动事件检测识别和定位主要采用小波分析、神经网络等较为复杂的算法，而小波分析的计算复杂度较高，神经网络需要经过大量训练。在大风、大雨等恶劣环境条件下，现有系统的误报、漏报率较高，一种简单可靠的扰动事件检测和定位方法亟待提出。

发明内容

技术问题：本发明提供一种实现了对振动事件所产生的信号峰的时空感知，能够稳定可靠地实现扰动事件的检测，提高了系统的稳定性和环境自适应性，算法收敛快，计算量相对较小，复杂度低的分布式光纤振动传感系统扰动事件检测及定位方法。本发明能够快速准确的得到振动事件概率密度函数的各参数，对扰动事件进行定位和分类识别，同时具有较高的可靠性，能够对大风、大雨下的扰动信号进行良好的识别和定位。

技术方案：本发明的分布式光纤振动传感系统扰动事件检测及定位方法，步骤如下：

1)信号预处理：以ΔT作为一帧信号的时间长度，记录第i帧信号中强度超过阈值λ的峰在光纤中的位置j，统计第i帧信号中的峰的总数X_i，计数光纤中每个采样点前后范围内出现的峰的个数，并将其作为该采样点在该帧时间内发生扰动事件的频次N(i,j)，所述采样点在光纤中是均匀分布的，其间距为1米，为指定的长度值；

2)判断是否有扰动事件发生：

判断(X_i-X_i-a)是否超过峰的数量判定阈值C，其中a为正整数，X_i-a为第i-a帧信号中峰的总数；将第i帧信号的各点频次N(i,j)去除最大10个值和最小10个值，判断所得结果的峰峰值是否超过N(i,j)峰峰值判定阈值D，按照以下条件判定第i帧是否有扰动事件发生：只要上述两项判断中的一项超过相应的阈值，则判定有扰动事件发生，记录i作为扰动事件时间范围，否则判定没有扰动事件；其中阈值C、D均根据上一周期的背景提取结果和分类识别结果修正；

3)根据第i帧信号的各点频次N(i,j)和第i帧之前所有帧信号的各点频次，提取得到第i帧的背景信息，对于第i帧信号有扰动事件发生的，进入步骤4)，对于第i帧信号没有扰动事件发生的，直接进入步骤5)；

4)扰动事件时空端点检测：根据当前帧的背景信息确定当前帧的端点检测阈值d(i,j),提取当前帧信号各点频次N(i,j)超过端点检测阈值d(i,j)的空间范围，将该空间范围与步骤2)确定的扰动事件时间范围组成扰动事件的时空范围，取该时空范围在时间上的最大、最小值和空间上的最大、最小值作为矩形区域的边界，得到扰动事件的矩形时空范围；