一種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)方法以及檢測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)方法以及檢測(cè)儀，方法包括：配置出濾波器系數(shù)向量g，并用該濾波器對(duì)流水輸入的x(n)做濾波，輸出處理后的x′(n)；對(duì)x′(n)進(jìn)行第一次分塊，求取各塊信號(hào)能量并歸一化，找出首個(gè)大于歸一化能量閾值Eth1的信號(hào)塊k；選取第k、k+1兩相鄰信號(hào)塊為一整體，進(jìn)行第二次分塊，求取各子塊信號(hào)能量并歸一化，并依次與另一歸一化能量閾值Eth2進(jìn)行比較，找出首個(gè)大于Eth2的信號(hào)子塊，即包含振動(dòng)起始點(diǎn)。檢測(cè)儀包括：對(duì)信號(hào)下采樣后以并行數(shù)據(jù)輸入的形式進(jìn)入DSP器件，同時(shí)輸入?yún)?shù)，經(jīng)過DSP器件的內(nèi)部算法處理，輸出振動(dòng)起始點(diǎn)位置。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確提取出振動(dòng)起始點(diǎn)，具有很高的精度。
【專利說(shuō)明】一種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)方法以及檢測(cè)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)方法以及檢測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖周界安防系統(tǒng)[1]是利用光纖作為傳感介質(zhì)的一種傳感系統(tǒng)，具有靈敏度高、安全可靠、抗電磁干擾、耐高溫腐蝕以及傳輸信息量大等優(yōu)點(diǎn)[2]。其中，光纖[3]既作為傳感介質(zhì)，又作為光傳輸?shù)慕橘|(zhì)。光纖周界安防系統(tǒng)可以在傳感光纖布設(shè)長(zhǎng)度內(nèi)，對(duì)一定精度范圍內(nèi)的突發(fā)事件進(jìn)行遠(yuǎn)程和實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。因此，在軍事國(guó)防、石油管道以及民用安全防護(hù)監(jiān)測(cè)方面有著重要的應(yīng)用前景[4]。
[0003]在布有周界安防系統(tǒng)的區(qū)域，當(dāng)發(fā)生外界入侵事件(攀爬圍欄、盜剪圍欄以及侵犯光纜等)時(shí)，振動(dòng)傳感器就將采集到外界侵犯擾動(dòng)信號(hào)。然后通過對(duì)擾動(dòng)信號(hào)處理，進(jìn)行有周界安防系統(tǒng)有無(wú)擾動(dòng)判別、故障定位以及故障模式分類識(shí)別[7]。
[0004]早期報(bào)導(dǎo)的光纖周界安防系統(tǒng)信號(hào)處理算法M大部分是將整幀周界擾動(dòng)信號(hào)傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)直接進(jìn)行定位[9]及模式識(shí)別[1°]的處理，這種方法設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單，但是處理過程耗費(fèi)資源多。這是因?yàn)橄到y(tǒng)在信號(hào)檢測(cè)過程中，檢測(cè)到的包含有用擾動(dòng)信息的信號(hào)段往往只占很小的比例，大部分時(shí)間接收到的都是不含擾動(dòng)信息的靜默信號(hào)，其處理過程基本都在做無(wú)用功，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和內(nèi)存；同時(shí)這些算法由于沒有做濾波預(yù)處理，而在長(zhǎng)距離應(yīng)用下光纖擾動(dòng)信號(hào)極易受到噪聲影響，因此定位以及模式識(shí)別誤差較大，而且算法實(shí)時(shí)性能不好[11][12]。因此，設(shè)計(jì)預(yù)處理方法，尋找光纖擾動(dòng)事件發(fā)生端點(diǎn)是提升周界安防檢測(cè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。
[0005]為實(shí)現(xiàn)光纖擾動(dòng)事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)，清華大學(xué)的謝尚然在長(zhǎng)距離雙MaCh_Zehnder干涉型振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)定位算法研究[13]中提出了利用離散小波分解尋找振動(dòng)起始點(diǎn)，并提取出有效數(shù)據(jù)域，之后再對(duì)有效數(shù)據(jù)域進(jìn)行帶通濾波和進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算從而定位故障發(fā)生地點(diǎn)。這既顯著提高了算法運(yùn)算速度，又有效降低了各類相干噪聲和干擾引入的定位誤差。但是這里面尋找振動(dòng)起始點(diǎn)的方法只是通過提取擾動(dòng)信號(hào)小波分解M上層細(xì)節(jié)系數(shù)，然后設(shè)置閾值判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于設(shè)定的閾值為絕對(duì)值，不能夠適應(yīng)外界環(huán)境的變換，而且一次閾值判斷有失準(zhǔn)確，所以尋找到的振動(dòng)起始點(diǎn)不夠準(zhǔn)確，與其實(shí)際位置相比存在一定的滯后。這或許對(duì)光纖故障定位影響不是很大(只要求選取一段有效數(shù)據(jù))，卻很難滿足光纖故障模式分類識(shí)別的要求。光纖故障模式識(shí)別對(duì)位置要求很嚴(yán)格，滯后的端點(diǎn)將會(huì)帶來(lái)提取特征向量的很大變化，不能夠得到侵犯動(dòng)作帶來(lái)的第一手信息，從而降低光纖故障模式識(shí)別的準(zhǔn)確率[15]。除此之外，小波分解[16]的耗時(shí)以及運(yùn)算量隨著分解層數(shù)增加而成指數(shù)增長(zhǎng)，這將很難滿足安防系統(tǒng)對(duì)于時(shí)效性的要求，很難跟上日益發(fā)展安防需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)方法以及檢測(cè)儀，本發(fā)明能夠準(zhǔn)確提取出振動(dòng)起始點(diǎn)，具有很高的精度，詳見下文描述:
[0007]—種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)方法，所述方法包括以下步驟:
[0008](I)對(duì)振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，獲取截止頻率fc ;根據(jù)截止頻率f。值、預(yù)設(shè)的采樣速率fs和高通濾波器的長(zhǎng)度2N-1，確定信號(hào)下采樣率D和高通濾波器的邊界頻率參數(shù)P;
[0009](2)用信號(hào)下采樣率D對(duì)振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行下采樣得到新信號(hào)χ (η)，根據(jù)濾波器參數(shù)N、P快速配置出濾波器系數(shù)向量g，并用該濾波器對(duì)流水輸入的χ (η)做濾波，輸出處理后的χ' (η)；
[0010](3)對(duì)χ' (η)進(jìn)行第一次分塊，求取各塊信號(hào)能量并歸一化，找出首個(gè)大于歸一化能量閾值Ethl的信號(hào)塊k;
[0011](4)選取第k、k+l兩相鄰信號(hào)塊為一整體，進(jìn)行第二次分塊，求取各子塊信號(hào)能量并歸一化，并依次與另一歸一化能量閾值Eth2進(jìn)行比較，找出首個(gè)大于Eth2的信號(hào)子塊，即包含振動(dòng)起始點(diǎn)。
[0012]所述濾波器系數(shù)向量g具體為:
【權(quán)利要求】
1.一種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)對(duì)振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，獲取截止頻率fc;根據(jù)截止頻率f。值、預(yù)設(shè)的采樣速率fs和高通濾波器的長(zhǎng)度2N-1，確定信號(hào)下采樣率D和高通濾波器的邊界頻率參數(shù)P ; (2)用信號(hào)下采樣率D對(duì)振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行下采樣得到新信號(hào)X(η)，根據(jù)濾波器參數(shù)N、P快速配置出濾波器系數(shù)向量g，并用該濾波器對(duì)流水輸入的X (η)做濾波，輸出處理后的V (η)； (3)對(duì)χ,(η)進(jìn)行第一次分塊，求取各塊信號(hào)能量并歸一化，找出首個(gè)大于歸一化能量閾值Ethl的信號(hào)塊k; (4)選取第k、k+l兩相鄰信號(hào)塊為一整體，進(jìn)行第二次分塊，求取各子塊信號(hào)能量并歸一化，并依次與另一歸一化能量閾值Eth2進(jìn)行比較，找出首個(gè)大于Eth2的信號(hào)子塊，即包含振動(dòng)起始點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征在于，所述濾波器系數(shù)向量g具體為:

3.—種可配置的光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)儀，其特征在于，所述光纖侵犯事件發(fā)生端點(diǎn)檢測(cè)儀包括:模數(shù)轉(zhuǎn)化器、FFT分析儀和DSP器件， 將待濾波的信號(hào)x(t)經(jīng)過所述模數(shù)轉(zhuǎn)化器采樣得到樣本序列χ (η)，輸入到所述FFT分析儀，所述FFT分析儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到無(wú)擾與有擾信號(hào)的頻帶范圍，設(shè)定高通濾波器的截止頻率f。，獲取高通濾波器參數(shù)P以及信號(hào)下采樣率D ;對(duì)信號(hào)下采樣后以并行數(shù)據(jù)輸入的形式進(jìn)入所述DSP器件，同時(shí)輸入高通濾波器參數(shù)P以及歸一化能量閾值Ethl和Eth2,經(jīng)過所述DSP器件的處理輸出振動(dòng)起始點(diǎn)位置。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103995969SQ201410223430
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】劉鐵根, 黃翔東, 余佳, 劉琨, 陳沁南 申請(qǐng)人:天津大學(xué)