提高相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事件準(zhǔn)確率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事件準(zhǔn)確率的方法，它包括以下步51：(1)數(shù)據(jù)采集；(2)單點(diǎn)歷史判斷；(3)區(qū)域振動(dòng)群判斷；特點(diǎn)是將單點(diǎn)歷史判斷和區(qū)域振動(dòng)群判斷結(jié)合起來，以qvOTDR數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)探測(cè)到的當(dāng)前時(shí)刻之前的M幀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為分析樣本，經(jīng)過兩步判斷，由單點(diǎn)歷史判斷對(duì)當(dāng)前時(shí)刻之前的M幀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從變化幅度的角度，并通過自適應(yīng)均值去除閾值提取出第一步特征量；再由區(qū)域振動(dòng)群判斷，在第一步特征量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提取出第二步特征量，也即最后的振動(dòng)特征量，優(yōu)點(diǎn)是從時(shí)間域和空間域的角度去提取出振動(dòng)特征量，能夠很大程度提高識(shí)別入侵事件的準(zhǔn)確率，同時(shí)實(shí)時(shí)性滿足工程應(yīng)用要求，算法簡(jiǎn)單，定位穩(wěn)定性好。
【專利說明】提高相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事件準(zhǔn)確率的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事件的方法，尤其是涉及一種提 高相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事件準(zhǔn)確率的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光纖傳感技術(shù)是一種新型的傳感技術(shù)，具有測(cè)量精度高、抗電磁干擾、本質(zhì)安 全、分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，可用于監(jiān)測(cè)和保護(hù)國(guó)境、軍事基地、發(fā)電廠、石油管道、核設(shè)施 及監(jiān)獄等重要區(qū)域和場(chǎng)所。分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)是基于相位敏感光時(shí)域反射計(jì) (phase-sensitive Optical Time Domain Reflectrometer，即φ-OTDR)原理的新型傳感 器，可實(shí)現(xiàn)不同位置多振動(dòng)事件的探測(cè)與定位，只需單芯光纖，最大監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)達(dá)50公里。 (p-OTDR對(duì)周圍環(huán)境的擾動(dòng)非常敏感，極容易引起頻繁誤報(bào)；同時(shí)，光纖中偏振衰落引起 探測(cè)結(jié)果的隨機(jī)變化，也可能被當(dāng)作入侵信號(hào)誤報(bào)。因此，識(shí)別真實(shí)入侵，提高檢測(cè)性能是 φ-OTDR工程應(yīng)用急需解決的問題。
[0003] 目前已報(bào)道的減少φ-OTDR誤報(bào)的方法主要有以下幾種：
[0004] 1、基于(P- 〇TDR和P0TDR結(jié)合的分布式光纖微擾傳感系統(tǒng)（李建中，饒?jiān)平皆?令等.基于'Φ-OTDR.和p〇TDR結(jié)合的分布式光纖微擾傳感系統(tǒng)[J].光子學(xué)報(bào)，2009, 38(5): 1108?1112):將Φ- OTDR:和p〇TDR結(jié)合到一個(gè)系統(tǒng)中，同時(shí)對(duì)傳輸光脈沖的相位和偏振 態(tài)的變化進(jìn)行檢測(cè)，并采用小波變換的方法來降低傳感信號(hào)的噪音，可以在一定程度降低 系統(tǒng)誤報(bào)率；
[0005] 2、小波降噪的方法（Zengguang Qin，Liang Chen，Xiaoyi Bao. Wavelet Denoising Method for Improving Detection Performance of Distributed Vibration Sensor[J]. IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，2012, 24 (7) :542 ?544):可以濾除背景噪聲和系統(tǒng) 噪聲，但這種方法提高識(shí)別入侵事件的準(zhǔn)確率有限；
[0006] 3、基于多個(gè)小波分解結(jié)果進(jìn)行綜合判決的方法（吳庥偉，吳慧娟，饒?jiān)平?基 于多種小波分解方法綜合判決的低誤報(bào)率分布式光纖圍欄入侵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].光子學(xué)報(bào)， 2011,40(11) :1692?1685):通過多個(gè)小波檢測(cè)突變點(diǎn)，減少了誤報(bào)，卻也增加了漏報(bào)；
[0007] 4、基于時(shí)間序列奇異譜特征的檢測(cè)方法（李小玉，吳慧娟，彭正譜等.基于時(shí) 間序列奇異譜特征的φ-OTDR擾動(dòng)檢測(cè)方法[J].光子學(xué)報(bào)，2014,43(4) :0428001-1? 0428001-5):僅從時(shí)間域上去分析信號(hào)變化特征，且算法復(fù)雜。
[0008] 上述幾種算法都是以減少誤報(bào)率為出發(fā)點(diǎn)的，沒有考慮同時(shí)對(duì)增加漏報(bào)率的影 響，且沒有考慮算法的實(shí)時(shí)性和復(fù)雜性，很難應(yīng)用于工程實(shí)際。在Φ-OTDR應(yīng)用于工程實(shí)際 監(jiān)測(cè)中，設(shè)計(jì)算法主要考慮以下因素：
[0009] (1)算法識(shí)別準(zhǔn)確率：φ- OTDR:工程應(yīng)用的目的是準(zhǔn)確識(shí)別入侵事件，不僅僅誤 報(bào)率要低，漏報(bào)率也要低；
[0010] (2)算法的實(shí)時(shí)性：φ-〇?Μ是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警的，對(duì)于入侵事件，系統(tǒng)報(bào)警越快 越好；
[0011] (3)算法的復(fù)雜性：算法是否復(fù)雜不僅影響算法實(shí)際工程應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)難易程度， 同時(shí)也影響算法的實(shí)時(shí)性；
[0012] (4)算法的定位穩(wěn)定性：對(duì)于同一位置的入侵產(chǎn)生的振動(dòng)事件，算法不同時(shí)間定 位的位置偏移越小越好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事 件準(zhǔn)確率的方法，能夠很大程度提高識(shí)別入侵事件的準(zhǔn)確率，且實(shí)時(shí)性滿足性能要求，算法 簡(jiǎn)單，定位穩(wěn)定性好。
[0014] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種提高相位敏感光時(shí)域反射計(jì) 識(shí)別入侵事件準(zhǔn)確率的方法，它包括以下步驟：
[0015] (1)數(shù)據(jù)采集：使用相位敏感光時(shí)域反射計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖空間采樣 點(diǎn)反射回來的光功率數(shù)據(jù)，將每一采樣點(diǎn)的光功率數(shù)據(jù)經(jīng)過80?120組的累加后輸出，輸 出的光功率數(shù)據(jù)記為X (i，j)，其中i為光纖空間采樣點(diǎn)，j為數(shù)據(jù)幀序數(shù)，對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻，記 N為光纖空間采樣點(diǎn)總數(shù)目，依次取i = 1，2,…，N，輸出一幀數(shù)據(jù)，即得到對(duì)應(yīng)光纖全部空 間采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的第j幀光功率數(shù)據(jù)；
[0016] ⑵單點(diǎn)歷史判斷：對(duì)每一空間采樣點(diǎn)，從時(shí)間域去考量數(shù)據(jù)的變化特征，取當(dāng)前 時(shí)刻k之前共Μ幀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為分析樣本，即j = 1，2，···，M，M為30?100,以數(shù)據(jù)的變化幅 度為特征，對(duì)每一個(gè)光纖空間米樣點(diǎn)i，將該米樣點(diǎn)后一巾貞的光功率數(shù)據(jù)x(i，j+Ι)與前一 幀的光功率數(shù)據(jù)X (i，j)相減取絕對(duì)值，記為abs，將對(duì)于Μ幀數(shù)據(jù)得到的絕對(duì)值進(jìn)行求和， 其求和值記為

【權(quán)利要求】
1. 一種提高相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事件準(zhǔn)確率的方法，其特征在于它包括以 下步驟： (1) 數(shù)據(jù)采集：使用相位敏感光時(shí)域反射計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖空間采樣點(diǎn)反 射回來的光功率數(shù)據(jù)，將每一采樣點(diǎn)的光功率數(shù)據(jù)經(jīng)過80?120組的累加后輸出，輸出的 光功率數(shù)據(jù)記為x(i，j)，其中i為光纖空間采樣點(diǎn)，j為數(shù)據(jù)幀序數(shù)，對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻，記N為 光纖空間采樣點(diǎn)總數(shù)目，依次取i = 1，2,…，N，輸出一幀數(shù)據(jù)，即得到對(duì)應(yīng)光纖全部空間采 樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的第j幀光功率數(shù)據(jù)； (2) 單點(diǎn)歷史判斷：對(duì)每一空間采樣點(diǎn)，從時(shí)間域去考量數(shù)據(jù)的變化特征，取當(dāng)前時(shí)刻 k之前共Μ幀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為分析樣本，S卩j = 1，2,…，M，M為30?100,以數(shù)據(jù)的變化幅度為特 征，對(duì)每一個(gè)光纖空間采樣點(diǎn)i，將該采樣點(diǎn)后一幀的光功率數(shù)據(jù)x(i，j+Ι)與前一幀的光 功率數(shù)據(jù)X (i，j)相減取絕對(duì)值，記為abs，將對(duì)于Μ幀數(shù)據(jù)得到的絕對(duì)值進(jìn)行求和，其求和 值記戈
依次取i = 1，2,…，Ν，得到處理后的一幀數(shù)據(jù)， 對(duì)于處理后的一幀數(shù)據(jù)作自適應(yīng)均值處理，即得到第一特征量，以矩陣表示，記為HNX1 (k); (3) 區(qū)域振動(dòng)群判斷：對(duì)于單點(diǎn)歷史判斷得到的第一特征量HNX1 (k)，進(jìn)一步從空間域 去考量變化特征，對(duì)于光纖空間采樣點(diǎn)i周圍的采樣點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝惶卣髁窟B續(xù)大于零的點(diǎn)數(shù) 超過設(shè)定的閾值T時(shí)，則判定采樣點(diǎn)i的第一特征量為振動(dòng)特征量，如未達(dá)到設(shè)定閾值，則 判定為干擾，振動(dòng)特征量對(duì)應(yīng)的空間采樣點(diǎn)的位置定義為入侵事件產(chǎn)生的振動(dòng)位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的提高相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事件準(zhǔn)確率的方法，其 特征在于單點(diǎn)歷史判斷中的自適應(yīng)均值處理方法如下：對(duì)于光纖空間采樣點(diǎn)總數(shù)目N， 根據(jù)光纖衰減率計(jì)算出采樣點(diǎn)之間衰減系數(shù)α和均值系數(shù)η，其中α為0.00005? 0.0001，η為8?12,定義矩陣H NX1(k)的第i個(gè)元素為h(i，k)-thr(i，k)，其中
當(dāng)該元素大于等于零時(shí)，保留原值，小于零則全部置零。
3. 如權(quán)利要求1所述提高相位敏感光時(shí)域反射計(jì)識(shí)別入侵事件準(zhǔn)確率的方法，其特征 在于區(qū)域振動(dòng)群判斷中，閾值T的計(jì)算方法為T= τ/St，其中τ為激光光源脈寬，St為 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣時(shí)間間隔。
【文檔編號(hào)】G08B13/18GK104217513SQ201410442706
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】鄭印, 涂勤昌, 韋波, 蔣偉平, 史訓(xùn)兵 申請(qǐng)人:浙江中欣動(dòng)力測(cè)控技術(shù)有限公司