[發明專利]基于短時能量和過零率的光纖周界安防系統端點檢測方法

有效

• 申請號: 201410242400.3
• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN104008622A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 劉鐵根;孟卓
• 申請（專利權）人: 天津求實飛博科技有限公司
• 主分類號: G08B13/186
• 分類號: G08B13/186
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

技術領域

?本發明屬于傳感及檢測技術領域，特別應用在光纖周界安防定位系統中，用于檢測有效信號的端點。光纖周界安防定位系統是利用干涉型分布式光纖作為傳感介質的一種傳感系統。

背景技術

隨著人類社會的不斷進步和科技水平的飛速發展，安全監測越來越受到重視，不論是電力、水利、石化等關系國計民生的領域，還是營區、機場、監獄等安全性要求較高的領域，周界安全監測都得到了非常廣泛的應用。隨著周界安防系統的逐漸增多，監測的定位精度就隨之成為了人們更加關注的對象。

以往的光纖周界安防定位系統算法是將周界擾動信號傳人計算機內直接進行定位及模式識別的處理。由于系統在信號檢測過程中，檢測到的有用的目的信號往往只占很小的比例，大部分時間接收到的都是沒有價值的靜默信號，因此對所有的信號進行處理是在做無用功，浪費了大量的時間和內存，同時由于傳感光纖一般布設于室外，很容易受到環境的影響，如風雨等，這些噪聲會對信號產生一定的干擾，對后續的計算也會產生一定的誤差。因此對信號進行一些預處理，在一定程度上屏蔽噪聲的干擾對整個系統的精確度會有很大的提高。

發明內容

本發明的目的是為了減少無用的計算量并節省時間及內存而對信號進行有效提取，提供一種基于短時能量和過零率的光纖周界安防系統端點檢測方法。本發明對語音信號處理中常用的短時能量和短時過零率法進行改進，有效的濾除無用信號，并在一定程度上排除自然界產生的一些干擾，從而提高周界安防定位系統的效率及精度。

本發明的技術方案

基于短時能量和過零率的光纖周界安防系統端點檢測方法，該方法的具體步驟如下：

第1．取一段擾動光纖信號???????????????????????????????????????????????，利用帶通濾波器將其濾波去噪，得到信號；

第2．將濾波之后的信號利用窗函數進行分幀處理，形成加窗信號，其中為矩形窗函數，表達式如下：，N為窗函數；

第3．按照短時能量的定義計算每幀信號的短時能量；為了消除各信號之間幅度差異帶來的能量差異，將短時能量除上各幀短時能量的平均值作為端點檢測的參考信號，即,作為短時能量比；

第4．找到短時能量比的最大值對應的索引，即為；?

第5．將第1步濾波之后的信號進行降采樣處理；

第6．利用第2步矩形窗函數對第5步降采樣之后的信號分幀處理；

第7．按照短時過零率的計算方法對第6步分幀處理后的信號計算短時過零率，找出短時過零率的最大值，記為，其中m表示窗起點，N表示窗長度，sgn是對點的數值求符號的函數；

第8．將短時能量比和短時過零率的最大值取平均，并按照下述公式計算出平均值對應的那幀數據的起始點，即為擾動信號的端點。

計算周界安防系統擾動信號端點的流程圖如圖2。

本發明的原理

1.周界安防定位系統的基本原理

分布式光纖擾動定位系統如圖1所示，該系統基于雙Mach-Zehnder光纖干涉儀原理，利用光纜中的兩條單模光纖構成Mach-Zehnder光纖干涉儀的兩個測試光纖來感應光纜周圍的擾動信號。

由圖1可知，光由激光器發出后，經耦合器C1?后被分成1:1?的兩束光，這兩束光分別經過環形器C2?和C3?后從干涉臂兩端的耦合器C4?和C5?進入傳感環路中并沿相反的兩個方向傳輸，在對端的耦合器處發生干涉并輸出到探測器D1和D2?上。探測器PD1?和PD2?把光信號轉化成電信號，經隔直后由高速采集卡采集到計算機中進行下一步信號處理。傳感光纜的P?處受到擾動，則由于擾動位置到傳感光纜兩端距離的不同，導致相干光波到達探測器的時間有一定的延遲，沿逆時針方向傳播的光波到達探測器PD1?的時間為：

沿順時針方向傳播的光波到達探測器PD2的時間為：

式中，L₁為擾動點距離探測器PD1的距離，L是光纖總長度，n是光纖折射率，c是光在真空中的速度（）。

由此可計算出擾動點位置公式：

2.短時能量和短時過零率的原理分析

1）短時能量法原理分析