连续分布式光纤传感安防系统定位算法的研究

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随着社会经济的快速发展,通信电缆(包括海底电缆)、石油运输管道、天然气运输管道、高压电网以及小区和边界的安防系统等基础设施的安全监测已成为经济发展与社会稳定的重要因素。特别是近些年来,由于非法施工、自然灾害及人为破坏等因素而频频引发的管道泄漏、高压线盗取和非法入侵等恶劣事件,不仅给国家和人民的经济财产造成重大损失,而且还给人们的生命安全和生存环境带来巨大威胁。因此,针对各种危及电缆、管道安全及安防系统中非法入侵行为的及时发现和有效定位具有重要的研究价值和现实意义。相对于电信号为基础的传感监测系统和点式光电监测系统而言,本文研究的基于连续分布式光纤监测系统无论是从监测技术的难度、监测量的内容及指标,还是从监测的场合和范围都提高到了一个新的阶段。连续分布式光纤传感器除具有传统光纤传感器所具有突出优势外,还能对被监测环境实现连续不间断监测,因此可以构成连续分布传感网络,应用于一些传统电传感器和点式光纤传感器所不能应用的领域。本文研究了连续分布式光纤传感网络的定位原理及算法,并针对不同外界环境对连续分布式光纤传感器解调系统的影响问题,采用滤波、BP神经网络自适应参数调节等手段提高了系统的抗干扰能力。其中主要研究的内容包括:(1)基于Mach-Zehnder干涉型光纤传感器,详细分析了连续分布式光纤传感网络的工作原理及定位算法。将语音信号处理技术中的短时平均过零率算法应用到系统中,以排除外界环境(包括下雨、敲击、大风等)对光纤安防系统的影响,实现对人为攀爬行为的定位,进一步提高了连续分布式光纤传感网络的定位精度,经过现场采集到的数据验证了算法的有效性。(2)搭建了光纤护栏的现场实验平台,针对现场采集的人为攀爬信号,基于BP神经网络建立学习模型,完成了对人为攀爬信号短时过零数累加和的学习、训练,将加入随机噪声的攀爬信号作为测试数据输入到BP神经网络中,模拟实现了BP神经网络对噪声门限的自适应调节,使定位精度在原有基础上获得进一步提升。(3)基于NI Labview软件平台,针对连续分布式光纤传感安防系统,设计并实现了数据读取模块、FIR数字带通滤波器模块、短时平均过零率算法模块、BP神经网络模块以及广义互相关定位算法模块的编写,最终建立了一整套基于虚拟仪器技术的连续分布式光纤传感安防系统。
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