基于SVM算法的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究

针对相位敏感光时域反射计（-OTDR）分布式光纤扰动传感系统对扰动事件进行有效判别和识别的问题,提出一种基于支持向量机（SVM）的扰动判别和扰动模式识别的方法。通过提取信号时域和频域的平均值、方差、均方差以及信号功率特征,利用二叉树结构建立基于SVM算法的分类器,对扰动进行判别并对扰动模式进行识别。根据传感信号的特征,通过分类器I在对有无扰动信号进行判别的基础上,进一步对有扰动信号利用分类器对扰动事件的模式进行识别。通过实验对所提出的方法进行验证,对600组实验数据进行扰动判别和模式识别,正确的扰动判别率在96%以上,漏报率和误报率在4%以下;正确的模式识别率均在94%以上。     

基于相位解调的相位敏感光时域反射计研究

基于相位敏感的光时域反射计（Φ-OTDR）通过发射光脉冲到传感光纤内,利用分析传感光纤的后向瑞利散射光或前向散射光的方法对入侵扰动事件进行识别和定位。对比其他光纤分布式传感技术,Φ-OTDR能够长距离分布式多点测量,精度高、可靠性好,研究Φ-OTDR具有重要的应用价值。本文介绍了Φ-OTDR的基本原理、结构、系统性能、信号解调和应用情况,并对Φ-OTDR技术进行了展望。     

全光纤分布式视频联动长距离周界安防监控系统

构建一种具有视频联动功能的全光纤分布式长距 离周界安防监控系统。系统采用全光纤分布式 扰动传感技术,实时监控作用在光缆上的各种扰动入侵行为,采用信号处理技术对入侵事 件进行定位和 识别,根据不同事件的特征发出警报信号,同时触发视频监控系统实现联动,摄录扰动行为 的视频信息, 并对其进行进一步处理。测试了系统的定位精度与误报率,结果表明,系统能有效实现 与视频的联动功能,定位准确度达到91%,在一般天气条件下误报率保持在一天3次以内 。本文系统将 新型光纤分布式传感技术、传统视频监控技术以及先进信号智能识别技术相融合,构成混合 式智能周界安全监控网络。     

光纤传感系统振动信号模式识别的研究

提出了一种基于MFCC特征和SVDD训练的光纤传感系统振动信号的识别算法,该算法选择MFCC系数作为模式识别的特征量,利用SVDD算法实现对特征量的训练和模式匹配,同时对SVDD算法进行了扩展,使其能够利用单个事件进行模板库训练和多类别识别。实验证明,该算法在光纤传感系统应用中,能够准确识别常见扰动事件的类别,具有较高的识别率,并简化了模板库的建立过程。     

M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统模式识别方法

针对M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统输出信号短时频率随外界扰动变化的特征,提出了基于短时频率-时间特性的模式识别算法。采用提取短时过电平率来描述传感信号的短时平均频率-时间特性,并将提取出来的时频特性分段后建立相应的特征元素模型,通过动态规划算法（DTW）筛选出最优特征元素模型,将信号所有最优模型的参数作为信号特征输入到人工神经网络（ANN）进行学习和判决,降低了ANN的训练难度以及对时间的敏感性,提高了系统的环境适应能力。实验结果表明:该方法可以有效区分瞬时作用、长时作用、径向作用和不规则作用等多种不同扰动事件,平均识别速度在0.26 s之内,平均识别准确度在97%以上。     

分布式光纤传感信号高识别率技术研究

为提高基于相敏光时域反射计的分布式光纤声传感系统对振动信号的识别速度与识别准确率度,本文提出使用端点检测对光纤传感振动信号进行预识别的方法。该方式首先使用小波阈值折衷去噪对振动信号进行去噪处理,然后使用基于短时能量与短时过零率的端点检测方式对采集到的振动信号进行检测,如果检测到振动信号中存在有振动,则使用Resnet18网络对振动类型进行进一步的识别;若未检出振动信号,则将振动信号判定为噪音,不再进行进一步的检测。实验证明该方式能有效降低分布式光纤声传感系统对振动信号的识别时间,并且通过使用Resnet18网络对一维振动信号进行识别提高了对振动信号的识别准确率,对噪音信号的识别时间降低为3.5 ms,对振动信号的平均识别准确率达到96.3%。     

选择性平均的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统阈值算法

阈值的准确设定是有效降低-OTDR分布式光纤扰动传感系统误报和漏报率的关键。针对该问题,提出了一种基于选择性平均的-OTDR分布式光纤扰动传感系统阈值算法,采用相关差值预挑选的方式确定信号模板,进行阈值模板匹配。理论和实验研究表明:提出的选择性平均阈值算法,能够更有效设定阈值,提高信噪比,降低-OTDR分布式光纤扰动传感系统的误报和漏报率,与直接平均和移动平均阈值算法相比,所提出的选择性平均阈值算法将误报率分别降低了5%和3%,漏报率均降低了2%;信噪比分别提升了2.55 dB、1.1 dB。所提出的算法有助于提高-OTDR分布式光纤扰动传感系统在实际应用中可靠性。     

基于时频特征的分布式光纤传感系统振源识别

为准确识别不同类型分布式光纤传感系统振源信号,提出基于时频特征的分布式光纤传感系统振源识别方法,通过饱和嵌入维数法确定信号的最小分帧长度,保留分帧信号时间序列的动力学特征,并根据分帧信号的短时能量和短时平均过零率判断分帧信号是否为振源信号;采用EMD算法分解含噪声的振源信号为多个IMF,通过门限去噪法阈值处理含噪声的振源信号IMF分量,对去噪后振源信号进行小波频域分解,获取去噪后振源信号在不同尺度上的小波系数能量分布,将其与先验经验获取的振源信号各层小波系数能量分布进行比较,根据二者差值判断分布式光纤传感系统振源信号类型,实现分布式光纤传感系统振源的精确识别。仿真实验结果表明,所提方法识别不同类型分布式光纤传感系统振源信号的识别率均较高,不同类型振源信号识别率均高于90. 12%,最高识别率达到99. 14%。     

用于光纤围栏入侵告警的频谱分析快速模式识别

相位敏感光时域反射计(Ф-OTDR)在光纤围栏等动态传感领域具有重要的应用,快速、有效地对入侵信号分类识别有着十分重要的意义。基于频谱分析提出了一种称为频谱欧氏距离法(EDFS)的快速模式识别方法。该方法通过短时平移差分和短时能量法对Ф-OTDR的解调信号进行提取,确定待分析数据段;对数据段进行归一化和快速傅里叶变换,获得信号的频谱特征;计算信号频谱与预先生成的模板之间的欧氏距离对入侵信号进行分类、识别。采用三种入侵信号对该方法的有效性和实时性进行了实验验证。结果表明,该模式识别方法可以有效识别扰动信号,识别时间小于传统的动态时域规划模式识别方法耗时的1/10。同时,该方法所需训练样本较少,对环境噪声有一定程度的抑制作用。     

一种基于M-Z干涉仪的事件识别算法

利用基于马赫-曾德尔(M-Z)干涉原理的分布式光纤振动传感监测系统,提出了一种光缆振动事件的识别方法。该方法解决了普通光纤振动传感监测系统不具备模式识别智能分析可操作性的问题。通过对光缆上的振动事件的分析对振动的事件识别建模,利用大量实验数据将振动事件分类,通过与这些振动事件的比较,实现对振动事件的识别。     

光纤传感与红外视频的复合入侵监控系统设计

针对机场、油库等特定区域的高识别率、低误报率入侵事件监控需求,提出了一种基于光纤传感与红外视频的目标识别方法。其中,光纤传感部分采用基于MCSVM的非对称双马赫-曾德尔干涉仪（ADMZI）分布式光纤振动传感器,将EMD(经验模式分解)、将峰度特征与MCSVM相结合以提高识别率;红外识别部分将灰度差值图像通过小波变换提高清晰度。两者经过模式对比算法,实现入侵事件判定。搭建系统做现场实验,结果表明:该方法能够识别四种常见的入侵事件(爬越围栏、敲击电缆、剪断围栏、摇动围栏),平均识别率在92.5%以上,误报率0.9%,相对传统单一传感器方案,该方法在漏报率和虚警率等系统性能上都有较大的改善,能够满足实际应用要求。     

基于Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统研究现状

基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤扰动传感系统一直是扰动监测方面的研究热点。通过对比与传统光时域反射计(OTDR)的区别,介绍了Φ-OTDR传感系统的结构和工作原理。根据其发展动态,以提高传感距离和定位精度为目的,从Φ-OTDR系统结构的改进出发,分别论述了传统式、拉曼式、布里渊式和级联式四种典型的Φ-OTDR扰动传感系统的工作原理及研究现状,总结了各自的优缺点,为在实际应用中选择合适的系统结构提供了方向,最后展望了基于Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统的应用前景。     

基于BP信号识别的光纤油气管道监测系统

介绍了一种基于BP神经网络信号识别算法的分布式光纤管道安全预警系统,利用提取的现场振动信号时域、频域短时和长时特征,对基于BP神经网络分类器模型进行训练,模型实现了对人工挖掘和机械挖掘的智能分辨.其中BP分类器模型的最大误报率为3.3％,平均误报率为1％,最大漏报率为3.2％,平均漏报率为1％.将该BP模型应用在不同时...     

基于MEEMD-HHT的分布式光纤振动传感系统信号特征提取方法

实际应用中,分布式光纤振动传感系统所测信号多为非平稳随机信号,对其进行模式识别的关键是准确获取信号的幅值-时间-频率瞬时特征。现有的相关研究表明,经验模态分解EMD方法结合希尔伯特变换可获得所测信号中固有模态分量的瞬时能量和瞬时频率,但存在模态混叠问题,后续改进的总体经验模态分解EEMD方法存在伪分量,重构误差大,互补经验模态分解CEEMD方法减小了重构误差的同时增加了运算量,无法保证特征提取与分类的效率与准确性。文中基于改进型经验模态分解方法结合希尔伯特变换MEEMD-HHT方法实现分布式光纤振动传感系统的特征提取,引入的排列熵的评价机制优化了分解过程中随机噪声迭代次数,通过仿真分析与实验对比,验证了该方法可有效解决上述方法中存在的问题,使系统在处理时间、特征准确度等性能皆有提高。实验结果表明,所提出的方法对于单频振动信号平均特征提取准确率达99.2%;对于混频振动信号平均特征提取准确率达98.1%,相对于EMD和CEEMD分别提高15.6%和7%,算法平均耗时最短,为3.8259 s,为分布式光纤振动传感系统的信号特征提取提供了一种可靠、高效的方法。     

光开关在分布式光纤温度传感系统的应用研究

分析了决定分布式光纤温度传感器系统传感距离的因素,提出了使用光开关扩展系统的传感长度。设计了多模1×2棱镜光开关的单片机驱动接口,计算机软件通过RS232串行接口发出指令控制光开关的切换。测试结果表明,嵌入了1×2光开关可使系统传感光纤长度延伸为原来的2倍。     

光纤传感技术的研究进展及应用

随着光纤传感技术的不断发展,几乎在各个领域得到研究与应用。综述光纤传感技术的最新研究进展及其在某些领域的应用开发研究。首先介绍了光纤光栅传感器、阵列式光纤传感系统、分布式光纤传感系统以及智能结构的光纤传感器原理、优缺点及研究方向,这些是目前研究的热点;其后介绍了光纤传感技术在军事、周界安防、工程应用、电力工业等领域的应...     

基于33耦合器Fox-Smith型光纤周界系统的定位技术

为了对长距离周界入侵进行定位,提出一种使用33耦合器作为基本元件的Fox-Smith干涉仪光纤入侵探测系统。对此结构及其定位方法进行了理论分析和实验验证。当有冲击作用在传感光纤上时,光纤中的光波受到相位调制,利用两束光波受到调制的时间不同从而产生相位差;通过对解调出的相位信号进行傅里叶变换,获取了一系列的陷波点。结果表明,在长度为34.793km传感光纤上,获得平均定位误差为83m,可见该种结构在长距离周界系统定位是可行的。这一结果在长距离周界入侵定位上具有一定的帮助。     

聚类分析在分布式光纤振动传感系统中的应用

为了解决分布式光纤振动传感系统中多点同时扰动情况下扰动点定位和扰动时间难以判断的问题,采用信号处理方法,应用聚类分析技术,对系统生成的热点图先做阈值处理,提取目标对象,依聚类分析的结果,对扰动点进行定位和扰动时间加以确认.结果表明,该方法在排除噪声干扰的同时,较为准确、合理地对扰动行为的位置和扰动持续时间做出了判断.这属于事件等级划分的一个步骤,该研究为最终系统报警策略的规划提供了依据.     

高压电缆用分布式光纤传感检测系统

电力电缆线路运行时的温度和应变在线检测是保障电力系统安全与稳定的必要措施。介绍了用于高压电缆在线监控的分布式光纤传感检测系统方案。详细阐述了检测系统中测量设备的选择,研究了适用于电力系统复杂环境中的温度和应变测量的新型传感光纤——碳密封涂覆光纤,并对这种传感光纤的安装方式进行了探讨。分布式光纤传感检测系统将在高压输电电缆系统的在线检测方面有很大的应用前景。