[發明專利]一種分布式光纖圍欄入侵檢測與定位的方法

無效

• 申請號: 201110214679.0
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102360519A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 吳慧娟;李姍姍;吳庥偉;饒云江
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G08B13/00
• 分類號: G08B13/00;G01S17/06
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 楊保剛;徐豐

技術領域

本發明涉及周界安防及分布式光纖傳感信號處理領域，具體涉及一種相位敏感光時域反射計（Φ-OTDR）型分布式光纖圍欄入侵檢測與定位的方法。

背景技術

相位敏感型光時域反射計（Φ-OTDR）是一種新型分布式光纖傳感技術。與常規光時域反射計（OTDR）相同，光脈沖從光纖的一端注入，通過探測器探測后向瑞利散射光判斷擾動及故障位置。不同的是，Φ-OTDR系統注入的是強相干光，探測得到的是脈沖寬度范圍內后向瑞利散射光相干涉的結果，通過測量輸入脈沖與接收到的干涉信號的時間延遲來判斷干擾點的位置。相位敏感光時域反射計（Φ-OTDR）型分布式光纖圍欄入侵監測系統，利用光纜自身的光纖擾動對周界入侵等威脅安全事件進行在線實時探測、報警和定位，實現重要區域周界或國防邊境的入侵監測與防御。系統具有隱蔽性好、監測靈敏度高、監控距離范圍廣、長距離定位精度高、系統成本較低等突出特點。此外，該系統最大特點是無需專門傳感光纜，利用普通通信光纜本身線路作為傳感單元，實現在線監測和實時報警，可大大節約系統成本，同時實現檢測報警和定位雙重功能，對于國境線、軍事基地等長距離及超長距離周界防入侵監測性價比極高。

實際應用中，分布式光纖圍欄入侵監測系統由于監測距離長，對外界環境干擾敏感，監測信號信噪比較低，同時光學系統易受環境溫度等因素影響不穩定造成信號自身起伏波動大，入侵檢測困難，同時系統誤報率偏高。如何在強噪聲背景下準確檢測入侵并精確確定入侵點位置，有效降低系統虛警率和誤報率是長距離分布式光纖圍欄入侵監測系統面臨的主要問題，直接決定系統的應用前景。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是提供一種分布式光纖圍欄入侵檢測與定位的方法，解決現有的入侵監測系統由于監測距離長，對外界環境干擾敏感，監測信號信噪比較低，同時光學系統易受環境溫度等因素影響不穩定造成信號自身起伏波動大，入侵檢測困難，系統虛警率和誤報率偏高的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種分布式光纖圍欄入侵檢測與定位的方法，包括以下步驟：

（1）監測信號預處理

分布式入侵監測系統采集信號時每個發射脈沖作為一個信號單元，設采集的原始監測信號????????????????????????????????????????????????，其中：k表示發射脈沖序號，i表示采樣點序號，采集深度為N，所述監測信號表示k時刻或第k個脈沖周期內接收到的散射相干光沿光纖線路的光強分布情況；

對采集的原始監測信號進行時間片劃分或分組，即相鄰多個脈沖發射周期作為一個時間片，對該時間片內所有發射周期的監測信號進行累加得到該時間片內的采集信號，設為，其中：i為采集信號的采樣點序號，即橫向采集時間，j為時間片序號，沿縱向時間軸向后延伸，m為每個時間片內的光脈沖個數，即累積至一組時間片的監測信號單元數，對相鄰時間片的信號相減作為入侵檢測與定位的預處理信號S：???????????

；

（2）對預處理信號S進行短時傅里葉變換獲得局部能量

在實時監測過程中依次對各時間片內預處理信號S進行如下的短時傅里葉變換，

???????????????????????①

①式為離散的短時傅里葉變換式，為短時傅里葉變換的窗函數，為短時傅里葉變換點數，n表明窗函數的位置；

通過n的增加不斷移動窗口位置，從而改變觀察點的位置，短時傅里葉變換后，對各段信號的傅里葉變換系數求絕對值得到各段的信號頻譜；對各段信號的低頻系數分別進行求和，獲得監測信號主要成分隨時間變化的短時能量分布情況，即沿光纜分布的局部能量E_n：

?????????????????????????????????????????????????????????????②

②式中為局部能量曲線上的總能量值個數，為低頻成分個數，取；

（3）獲取背景噪聲能量

與上述局部能量對應，分時間段計算沿光纜分布的背景噪聲能量，在第n時段的能量值附近取一段能量值做平均，時間長度設為，則第時段的背景噪聲能量值EE_n為：

???????????????????????????????????????????????????????????????③

（4）突變點檢測與定位