[发明专利]一种分布式光纤周界安防系统

权利要求书

1.一种分布式光纤周界安防系统，其特征在于，该系统包括激光光源(1)、隔离 器(2)、第一耦合器(3)、第一环形器(4)、第二耦合器(5)、第三耦合器(6)、 第二环形器(7)、第一探测器(8)、第二探测器(9)、第一、第二高速采集卡(10、 11)、计算机(12)和传感光缆(13)；其中：

光由激光光源(1)发出后，经过隔离器(2)后，由第一耦合器(3)分成1:1的 两束光，这两束光分别经过第一环形器(4)和第二耦合器(5)后，从构成干涉臂两端 的第三耦合器(6)和第二环形器(7)进入传感环路中并沿相反的两个方向传输，在对 端的耦合器3处发生干涉，传感光缆(12)遇到的扰动，扰动发生位置到传感光缆两端 距离不同，形成相干光波到达探测器的时间延迟，沿逆时针方向传播的光波先后到达第 一探测器(8)和沿顺时针方向传播的光波到达第二探测器(9)上，由第一探测器(8 和第二探测器(9)把光信号转化成电信号，经隔直后，由第一、第二高速采集卡(10、 11)采集到计算机(12)中，进行下一步信号处理；所述信号处理包括扰动定位算法、 扰动报警和模式识别算法。

2.如权利要求1所述的分布式光纤周界安防系统，其特征在于，所述扰动定位算 法包括以下处理：

传感光缆受到扰动，沿逆时针方向传播的光波到达第一探测器(8)的时间为：

t₁＝L₁n/c

沿顺时针方向传播的光波到达第二探测器(9)的时间为：

t₂＝(L-L₁)n/c

由此可计算出扰动点位置公式：

L1=(t1-t2)c2n+L2]]>

式中，L₁为扰动点距离第一探测器的距离，L是光纤总长度，n是光纤折射率，c是光 在真空中的速度(3×10⁸m/s)。

3.如权利要求1所述的分布式光纤周界安防系统，其特征在于，所述模式识别算 法利用EMD分解信号得到IMF分量，提取包含主要信息的IMF分量的峭度特征，最 后再通过支持向量机进行模式识别，具体包括以下处理：

步骤一、取一段已知入侵行为的扰动信号x(t)，求取扰动信号x(t)的所有极大值和 极小值，并用三次样条对这些极大值和极小值进行插值，得到极大值包络X_max和极小值 包络X_min，求取极大值包络和极小值包络的平均值m₁＝(Xmax+Xmin)/2；

步骤二、从扰动信号x(t)中减去上下包络的平均值，得到信号，即：h₁＝x(t)-m₁；

步骤三、如果h₁满足IMF条件，则h₁即为第一个IMF，即为H₁，若h₁不满足IMF 条件，则h₁代替扰动信号x(t)重复步骤一至二k次，直到h_1k满足IMF条件，此时的h_1k就作为第一个IMF，记为：H₁；

步骤四、从扰动信号x(t)中减去第一个IMFH₁得到剩余部分r₁，用剩余部分r₁代 替扰动信号x(t)，重复步骤一至四，直到最后的剩余部分r₁满足下列条件之一：

(1)剩余部分r₁足够小，以至于小于我们大量实验得到的设定阈值；

(2)剩余部分r₁是一个单调函数，不满足IMF分解条件，则分解结束；

EMD将一个复杂的扰动信号x(t)分解为有限个经验模态函数Hi和一个剩余部分r 的和值，即：x(t)=Σu=1dHu+r;]]>

步骤五、前M个IMF分量已经能够基本描述扰动信号的扰动特征值，包含了扰动 信号的主要信息，因此选择前M个IMF分量，利用峭度的定义计算 出包含主要信息的每个IMF分量的峭度特征；其中：i代表第i个IMF分量；N是有限 整数；k代表IMF分量中离散点的位置；η代表该位置信号的中心距；

步骤六、利用公式对每个峭度进行归一化得到归一化峭度；

步骤七、前M个包含主要信息的归一化峭度构成一个特征向量T＝[T₁′,T₂′,…,T_M′]；

步骤八、利用D-SVM找到最优的分类函数：

f(x)=sgn[Σi=1nαi*yiK(xi,xj)+b*]]]>

β＝1,2，…m，α_β^*，b^*分别为拉格朗日系数和分类阈值，K(x_β,x_γ)代表核函数， 将扰动信号的特征向量T＝[T₁′,T₂′,…,T_M′]输入支持向量机中，根据各种入侵行为的特征 向量的不同进行分类。