[發明專利]光纖振動傳感系統兩級信號特征提取與判別方法

在審

• 申請號: 201610056715.8
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105606198A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 郭玉彬;王亮;孫鐵剛;霍佳雨;張樂;扈冬雪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G06N3/08
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及一種光纖振動傳感系統兩級信號特征提取與判別方法，屬于光纖傳感信號判 別技術領域。

背景技術

相位調制型光纖傳感技術通過光纖中光波的相位變化來表征外界被測物理量。這種傳感 檢測技術靈敏度很高，傳感原件結構簡單，成本低，作用距離長，尤其適合周界安防。所述 光纖相位干涉儀包括馬赫－曾德爾(Mach-Zehnder)、邁克爾遜(Michelson)和薩格納克(Sagnac) 等類型。相位調制型光纖傳感技術的主要難點問題在于信號定位和信號類型判別。現有信號 類型判別方法首先進行人工特征設計，也就是通過希爾伯特黃變換、短時傅里葉變換或者小 波變換等非平穩信號分析方法先提取振動信號特征，然后把所提取到的振動信號特征傳送給 神經網絡或者支持向量機，由其做類型判別。所述方法存在的主要問題是無法在環境噪聲干 擾下，準確判別外界振動信號類型，并且，人工特征設計階段需要對振動信號進行大量的特 性分析，導致該信號類型判別方法效率較低。

發明內容

為了能夠在環境噪聲干擾下，準確并高效判別外界振動信號類型，我們發明了一種光纖 振動傳感系統兩級信號特征提取與判別方法，作為一種信號類型判別算法，盡管信號可能來 自嘈雜背景，依然能夠準確、高效判別各種外界振動信號類型，虛警少、誤報率低。

本發明之光纖振動傳感系統兩級信號特征提取與判別方法其待判別信號為由光纖振動傳 感系統采集的各種類型的外界振動信號；其特征在于，首先，提取所述外界振動信號的短時 過門限率；其次，計算所提取的短時過門限率的平均代數和，篩選出含有外界振動信息的信 號片段；第三，從所述信號片段的短時過門限率中進一步做特征提取；最后，判別所述各個 信號片段的振動類型。

本發明其技術效果在于，相對于現有方法，本發明包括兩級特征提取，經過一級特征提 取，也就是提取所述外界振動信號的短時過門限率，并計算所提取的短時過門限率的平均代 數和，從而篩選出含有外界振動信息的信號片段，屏蔽掉環境噪聲振動信號，如此能夠減小 后續算法的工作量；經過一級特征提取，也就是從所述信號片段的短時過門限率中進一步做 特征提取，不僅避免現有技術由于人工特征設計帶來的巨大工作量，提高信號判別效率，而 且，信號判別更加精確，虛警少、誤報率低。

附圖說明

圖1是本發明之光纖振動傳感系統兩級信號特征提取與判別方法程序框圖，該圖同時作 為摘要附圖。圖2～圖5依次為由光纖振動傳感系統采集的與踩踏振動、搖晃振動、短時敲擊 振動、長點振動對應的原始電信號的時域波形圖。圖6～圖9依次為自踩踏振動、搖晃振動、 短時敲擊振動、長點振動的原始電信號中提取短時過門限率得到的短時過門限率特征曲線。 圖10為無振動入侵事件時的原始電信號的短時過門限率特征曲線。

具體實施方式

如圖1所示。

采集信號：

由光纖振動傳感系統采集各種類型的外界振動信號，該光纖振動傳感系統將采集的光信 號轉化為原始電信號I[x]。

在所述光纖振動傳感系統中，包括改進型邁克爾遜干涉儀，所述邁克耳遜干涉儀中配有 成本低廉、結構簡單的法拉第旋轉鏡(FRM)，當有振動入侵事件發生時，引起傳感光纖中的 傳感光信號的相位變化，由邁克爾遜干涉儀轉化成強度變化，經過光電轉換，得到原始電信 號I[x]。

提取短時過門限率：

提取所述外界振動信號的短時過門限率T[i]，其定義為：