[發明專利]一種改進的混沌光纖圍欄系統的短時互相關定位方法

有效

• 申請號: 201210030177.7
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102589587A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 方捻;路曼曼;王陸唐;黃肇明;劉晨
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種改進的混沌光纖圍欄系統的短時互相關定位方法，采用混沌對初值的敏感性作檢測機理，用混沌環形激光器輸出波形固有的幀結構特點及相鄰幀波形的分布相似性來定位擾動，其特征在于把每幀波形平均分成N段，每段稱為一個短時窗，計算相鄰兩幀波形的對應短時窗的互相關，即短時互相關，根據短時互相關峰值開始下降的幀內時刻來確定環內的入侵位置；采用以下步驟進行定位：

(1)?確定幀長τ：連續采集若干幀混沌輸出波形數據，取多于一幀點數的混沌數據進行自相關運算，確定激光器輸出的一幀時間即幀長τ；

混沌信號的自相關函數類似于一個沖擊函數，我們對多于一幀的混沌信號做自相關運算時會出現準周期的自相關峰，各自相關峰值之間的時間間隔都等于激光器輸出的一幀時間τ，只是峰值大小隨延遲時間增大而減小；

(2)?確定第一幀完整波形的起點：用多幀混沌波形疊加法確定激光器輸出的第1幀完整波形的起點；

所謂多幀混沌波形疊加法，就是從第一點采集數據開始，將連續多幀混沌波形一幀一幀地進行疊加；

由于混沌波形中往往夾雜著自脈沖信號，而自脈沖具有周期性，混沌信號是類隨機的，因此，多幀波形疊加后自脈沖便會增強，而混沌信號的幅度不會明顯增加；

通過這種方法，可以找到混沌波形中隱藏的自脈沖；

這個自脈沖即是激光器輸出的第1幀完整波形的起點，舍棄起點以前不足一幀的數據；

?(3)?確定擾動發生幀：計算相鄰幀混沌波形的整體互相關，確定擾動發生幀；

在系統的環路上人為加入一個擾動；不斷計算前后幀的互相關，根據實際確定一個合適的歸一化幀間互相關峰值的閾值，哪一幀與前一幀的互相關峰值小于閾值，擾動就是從哪一幀開始出現的；

?(4)?尋找合適的短時窗長：

以不同短時窗長計算擾動幀之前的兩個相鄰無擾動幀的各個短時互相關，取短時互相關峰值一致性最好，即方差或標準偏差最小的短時窗長；

短時窗越長，相似性越好，但是定位分辨率越低；短時窗越短，定位分辨率越高，但是相似性越低，因此選擇短時窗長時也要考慮定位分辨率的要求；

?(5)?尋找合適的短時窗起點n₀：

根據定位精度的要求分別從擾動幀和之前的無擾動幀的第一點開始把每個短時窗向后逐步移動n點，選取擾動短時窗的互相關峰值下降最大的第一個短時窗的起點n₀為兩個幀的短時窗的起點，此時應有擾動起始點與某一個短時窗的起點正好重合，此時定位最準確；

?(6)?確定擾動短時窗：

計算擾動發生幀與前一個無擾動幀混沌波形的短時互相關，擾動發生前，前后幀的歸一化短時互相關峰值較一致且都接近于1；擾動發生時，短時互相關峰值在相應短時窗處開始明顯下降；

該短時窗便是擾動短時窗；

?(7)?確定擾動發生的幀內時刻：

????由擾動短時窗在幀內的序號j和短時窗后移n₀點對應的時間，可以精確換算出環路中擾動發生的起始時刻；

?(8)?確定擾動發生的環內位置：

混沌光纖圍欄系統輸出的一幀混沌波形的時間點與光纖環上的位置是一一對應的，找到擾動發生的幀內時刻便可以確定擾動發生的環內位置。

2.根據權利要求1所述的改進的混沌光纖圍欄系統的短時互相關定位方法，其特征在于所述混沌環形激光器輸出的混沌時域波形是強度混沌的，或者是偏振混沌的。

3.根據權利要求1所述的改進的混沌光纖圍欄系統的短時互相關定位方法，其特征在于所述混沌環形激光器有多種變異形式，只要其輸出波形具有幀結構特點都可用作混沌光纖圍欄系統，并用該方法定位；所述的混沌激光器由半導體光放大器SOA或摻鉺光纖放大器EDFA構成，或者由帶外腔的半導體激光器構成；采用光纖或光波導連接，或者用自由空間連接。