一种基于POTDR光纤入侵识别算法制造技术

本发明专利技术属于光纤传感技术领域，公开了一种基于POTDR光纤入侵识别算法，包括：从数据采集端读取光纤振动传感器采集到的2N个周期的原始数据并进行去噪；将去噪后的数组X分两组，并求取差值ΔX；将差值数组ΔX分成多个等长度窗口数组，组成数组Y；计算数组Y中的窗口数组的四阶中心距并与设定阈值D比较，标定数组Y中的超阈值数据Yaj，并将下标aj录入坐标数组A；根据数组A中的最小值amin定位报警点，若无超阈值数组，重复上述步骤进行下轮识别；其中，原始数据的排列方式与所述光纤振动传感器采样点排列方式一致，窗口数组的下标即为应采样点的坐标；采样点的坐标表征采样点所在位置在光纤中的光程。本发明专利技术通过窗口数组提升入侵识别算法的可靠性和定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于POTDR光纤入侵识别算法
本专利技术涉及光纤传感
，特别涉及一种基于POTDR光纤入侵识别算法。
技术介绍
分布式光纤振动传感系统由于其在抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、灵敏度高以及传感单元无源等优点，广泛用于监测和保护国境、军事基地、油气管道、输电线缆等重要区域和场所。系统硬件由包括计算机、数据采集卡、光探测器、脉冲光源、传感光纤链路和光环行器，在线检偏器组成，数据采集卡采集到数据后传输给计算机进行进一步的算法处理。标准POTDR传感系统的信号光来自于前向传播的脉冲光的后向瑞利散射。这样的信号光的最大的特点是：由于普通单模光纤的后向瑞利散射系数很小，只有约10-7/米，所以产生的信号光很弱，在几到几十纳瓦的数量级。同时，由于信号光的频率很高，在几十到上百兆赫兹，所以光探测器的噪声等价功率也在数十纳瓦。最终导致系统的信噪比很低。另外由于瑞利散射本身是一个随机过程，存在涨落，由此会引起信号的噪声。由于以上所述信号的特点，在实际的工程应用中，由于工程环境的复杂，外界干扰较多，再加上系统自身的光源、光探等部分的不完美，也容易引起信号的突变，可能会引起系统的误报警，可靠性较低，同时识别算法也无法准确定位报警点使得定位精度较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于POTDR光纤入侵识别算法，解决了现有技术中入侵识别可靠性低，定位精度低的问题，大大提升入侵识别的可靠性和定位精度。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于POTDR光纤入侵识别算法，包括：从数据采集端读取光纤振动传感器采集到的2N个周期的原始数据并进行去噪；将去噪后的数组X分两组，并求取差值ΔX；将所述差值数组ΔX分成多个等长度窗口数组，组成数组Y；计算数组Y中的窗口数组的四阶中心距并与设定阈值D比较，标定所述数组Y中的超阈值数组Yaj，并将下标aj录入坐标数组A；根据数组A中的最小值amin定位报警点，若无超阈值数组，重复上述步骤进行下轮识别；其中，所述原始数据的排列方式与所述光纤振动传感器采样点排列方式一致，所述窗口数组的下标即为所述采样点的坐标；所述采样点的坐标表征所述采样点所在位置在光纤中的光程。进一步地，所述原始数据每周期的数据长度为L，组成矩阵数组X：其中，每个脉冲周期采集一帧数据，共采集2N帧。进一步地，采用平均去噪方式对所述数组X进行去噪；其中，将所述数组X的前N帧数据和后N帧数据分别设置为独立数组进行独立平均去噪，得到两帧数组XN和数组X2N；将所述数组XN和数组X2N求差值得到数组ΔX：[ΔX(1),ΔX(2),ΔX(3),...,ΔX(L-1),ΔX(L)]。进一步地，所述数组Y包括多个连续等长度窗口数组，所述窗口数组按以下规则进行选取；Y1＝[ΔX(1),ΔX(2),...,ΔX(n)]Y2＝[ΔX(2),ΔX(3),...,ΔX(n+1)]YL-n+1＝[ΔX(L-n+1),ΔX(L-n+2),...,ΔX(L)]其中，n为大于0小于L的自然数。进一步地，所述四阶中心距为：Z＝[z1,z2,...,zL-n+1]其中，k＝1,2,…,L-n+1。进一步地，根据数组A中的最小值amin定位报警点；通过公式：其中，其中，τ为每个采样点之间的时间间隔，ν为光在光纤中的传播速度。进一步地，所述算法还包括：振铃宽度J控制和振铃次数I控制；所述振铃次数I表征数组A的实际长度，即超阈值窗口数组的个数；在每一轮识别操作过程中，最多记录一个超阈值数组；当本轮识别未发现超阈值数组或者出现一个超阈值数组并录入超阈值数组下标后，进入下一轮识别；所述振铃宽度J表征进行入侵识别的轮数；在且仅在实际录入的超阈值数组的个数i大于等于设定值I，且进行入侵识别的轮数j等于设定值J的情况下，根据数组A中的最小值amin定位报警点；其中，所述振铃宽度J的设定值大于等于振铃次数I的设定值。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：1、本专利技术实施例提供的基于POTDR光纤入侵识别算法通过采集多个周期的数据分组平均获得两帧数据，有效避免了扰动对传感器数据采集的影响，使得数据偶然性波动的影响降到最低，同时能够降低传感器的系统误差，如器件热噪声影响等，大大提升了探测数据的可靠性。2、本专利技术实施例提供的基于POTDR光纤入侵识别算法通过将分组平均去噪后的数据取差并在此基础上分组设置窗口数组，以此表征窗口区域范围内的噪声分布状态，避免了现有技术中通过两帧数据取差作为报警识别算法的偶然性缺陷，因而通过窗口范围内的多数据状态提升报警判断的可靠性。3、本专利技术实施例提供的基于POTDR光纤入侵识别算法在窗口数组的基础上完善窗口数组的设置规则，设置多个等长度窗口数组，沿脉冲光信号的传播方向推进，同时相邻的窗口数组的窗口范围部分覆盖，利用噪声分布服从正态分布的特性，找出入侵点所在区间，通过四阶中心距的计算明确找出其处在的窗口数组，大大提升了报警信息的定位精度；4、本专利技术实施例提供的基于POTDR光纤入侵识别算法通过四阶中心距与设定阈值的比较，准确获得所有满足报警条件的窗口数组，以最小下标amin为参考找出入侵点，即以现有技术中，传感系统的采样点坐标对应数据下标的特征为基础，确定扰动最早发生的地点，大大提升了定位精度；综上所述，通过多周期数据采集，平均去噪，降低数据扰动和偶然性波动，提升数据采集的可靠性，通过窗口数组的设置；通过窗口数组设置以及四阶中心距的计算和最小下标定位，提升入侵信息识别判断的准确性以及报警信息定位的精度。5、通过振铃宽度J和振铃次数I控制过程能够进一步降低误报风险，同时进一步提升定位精度，大大提升了入侵识别算法的效率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于POTDR光纤入侵识别算法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的基于POTDR光纤入侵识别算法过程曲线图。具体实施方式本实施例提供一种基于POTDR光纤入侵识别算法，解决了现有技术中，信号信噪比过低，入侵识别误报率高，报警可靠性低以及定位精度不高的问题。实现了提升入侵识别效率，提升保健功能可靠性和定位精度的技术效果。为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：一种基于POTDR光纤入侵识别算法，包括：从数据采集端读取光纤振动传感器采集到的2N个周期的原始数据并进行去噪；将去噪后的数组X分两组，并求取差值ΔX；将所述差值数组ΔX分成多个等长度窗口数组，组成数组Y；计算数组Y中的窗口数组的四阶中心距并与设定阈值D比较，标定所述数组Y中的超阈值数组Yaj，并将下标aj录入坐标数组A；根据数组A中的最小值amin定位报警点，若无超阈值数组，重复上述步骤进行下轮识别；其中，所述原始数据的排列方式与所述光纤振动传感器采样点排列方式一致，所述窗口数组的下标即为所述采样点的坐标；所述采样点的坐标表征采样点所在位置在光纤中的光程。通过上述内容可以看出，上述算法通过将2N个采样周期内的采集数据进行平均去噪，将随机扰动，偶然性数据波动等因素对采样数据的影响降到最低，提升原始数据的可靠性；之后通过分组求差获得差值数组ΔX，在差值数组ΔX中，沿数据排列方向，通过分段截取的方式将差值数组分成多个连续等长的窗口数组Y，且相邻窗口数组部分数据相同，依据噪声服从正态分布的原理，通过计算每个窗口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于POTDR光纤入侵识别算法，其特征在于，包括：从数据采集端读取光纤振动传感器采集到的2N个周期的原始数据并进行去噪；将去噪后的数组X分两组，并求取差值ΔX；将所述差值数组ΔX分成多个等长度窗口数组，组成数组Y；计算数组Y中的窗口数组的四阶中心距并与设定阈值D比较，标定所述数组Y中的超阈值数组Yaj，并将下标aj录入坐标数组A；根据数组A中的最小值amin定位报警点，若无超阈值数组，重复上述步骤进行下轮识别；其中，所述原始数据的排列方式与所述光纤振动传感器采样点排列方式一致，所述窗口数组的下标即为所述应采样点的坐标；所述采样点的坐标表征所述采样点所在位置在光纤中的光程。

【技术特征摘要】
1.一种基于POTDR光纤入侵识别算法，其特征在于，包括：从数据采集端读取光纤振动传感器采集到的2N个周期的原始数据并进行去噪；将去噪后的数组X分两组，并求取差值ΔX；将所述差值数组ΔX分成多个等长度窗口数组，组成数组Y；计算数组Y中的窗口数组的四阶中心距并与设定阈值D比较，标定所述数组Y中的超阈值数组Yaj，并将下标aj录入坐标数组A；根据数组A中的最小值amin定位报警点，若无超阈值数组，重复上述步骤进行下轮识别；其中，所述原始数据的排列方式与所述光纤振动传感器采样点排列方式一致，所述窗口数组的下标即为所述采样点的坐标；所述采样点的坐标表征所述采样点所在位置在光纤中的光程。2.如权利要求1所述的基于POTDR光纤入侵识别算法，其特征在于：所述原始数据每周期的数据长度为L，组成矩阵数组X：其中，每个脉冲周期采集一帧数据，共采集2N帧。3.如权利要求1所述的基于POTDR光纤入侵识别算法，其特征在于：采用平均去噪方式对所述数组X进行去噪；其中，将所述数组X的前N帧数据和后N帧数据分别设置为独立数组进行独立平均去噪，得到两帧数组XN和数组X2N；将所述数组XN和数组X2N求差值得到数组ΔX：[ΔX(1),ΔX(2),ΔX(3),…,ΔX(L-1),ΔX(L)]。4.如权利要求1所述的基于POTDR光纤入侵...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晖，唐明，王超东，曹锋，
申请(专利权)人：武汉世纪金桥安全技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42