一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置，所述的方法包括以下步骤：步骤1：采用短时能量和短时过零率的方法对扰动信号进行端点检测，以检测出有效信号的起始点和结束点；步骤2：将相隔一定距离的两个传感器同时监测到的有效信号λ1和λ2进行皮尔逊积矩相关系数计算，将皮尔逊积矩相关系数高于系数阈值上限CH的扰动信号判定为天气扰动信号；将低于系数阈值下限CL的扰动信号判定为人为入侵信号，并发出报警。该光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置监控效率高，准确率高，易于实施。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置
本专利技术涉及一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置。
技术介绍
光纤对外界环境因素十分敏感，如温度、压力、电场、磁场等环境条件的变化将引起光波参量(如强度、相位、频率、偏振态等)的变化。光纤传感器根据这些参量的变化，就可以知道导致这些光波参量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小。此外，光纤传感器还具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、灵敏度高、易于组网，且光纤本身无源，无需外场供电同时还可作为信号传输通道等特点，非常适用于监测报警领域，具有非常广阔的应用前景。其敷设方式如图1所示；光纤监测报警系统主要包含三大部分：光收发电路(包括全光干涉模块和光电检测模块)、光纤(包括传感光纤和传输光纤)和信号处理平台。工作时，光源发出的光输入光收发电路，使得施加于传感光纤上的信号经过光收发电路后传输到主机，经信号处理后对入侵信号进行识别，并决定是否需要报警。传感光纤一般分布在野外，很容易受到天气的影响，因此如何对这些由于天气因素引起的扰动信号进行识别避免误报警，是光纤监测报警系统应用于实际工程中应首先解决的主要问题。可以利用天气扰动作用于系统的范围大，人为扰动作用于系统的范围较小的特点，对信号进行处理和分析，在一定程度上屏蔽天气的干扰。公开号为103116957A(申请号：201310026578.x)在中国专利公开了一种一种光纤周界安防系统屏蔽气候影响的方法，该方法能有效屏蔽天气因素的干扰。该方法是采用短时能量和短时过零率的方法对扰动信号进行端点检测，并通过设置短时能量比的上限屏蔽风，通过设置短时过零率的下限屏蔽雨。但由于不同强度的气候(如暴雨和小雨)计算得到的短时能量比和短时过零率的值不同，因此需要根据天气的变化随时调整上限和下限值，因此该方法的监测效率和准确率有待提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置，该光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置监控效率高，准确率较高，易于实施。专利技术的技术解决方案如下：一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法，包括以下步骤：步骤1：采用短时能量和短时过零率的方法对光纤传感器采集的扰动信号进行端点检测，以检测出有效信号的起始点和结束点；监测到的信号为离散化之后为(1)短时能量的计算：n时刻(实际上为第n个采样点对应的时刻，为简便起见称为n时刻)信号短时能量En的计算公式如下：其中N为窗长，w为窗函数；【窗函数可以为汉明窗函数或矩形窗函数】(2)短时过零率的计算：短时过零率其中其中N为窗长；(3)对有效信号的识别方法：设短时能量的低门限和高门限分别为EL和EH，短时过零率的低门限和高门限分别为ZL和ZH；(a)若En＞EL且Zn＞ZL，则标记该时刻n为有效信号的起始点；(b)在时间T内(比如2s或5s)，若短时能量和短时过零率这两个参数的数值都没有超过各自的高门限，且都回落到各自的低门限以下，则认为该信号是突发噪声信号，不是有效信号，取消起始点的标记；；(c)如果两个参数中有任意一个数值超过了对应的高门限，且能持续时间T1【比如3s-10s的一个数】则认为该信号是有效信号，确定该原来标记的起始点为有效信号的起始点；当两个参数都低于对应的低门限，则标记该时刻为有效信号的结束点，将该段信号用λ表示；步骤2：将相隔一定距离的两个传感器【如相邻布置的2个传感器】同时监测到的有效信号λ1和λ2进行皮尔逊积矩相关系数计算，皮尔逊积矩相关系数的计算公式为：【λ1和λ2是两个传感器分别监测到的有效信号段。从某个时间点开始同时取λ1和λ2的K个采样点进行相似度计算。比如从某时刻开始，λ1和λ2都处于有效信号段，此时取1万个采样点进行计算。由于有效信号持续较长，因此一般只取其中一段来进行计算相关度。比如10s，或几分钟。若有效信号不长(即包含的数据量不大，数据量的阈值比如取15000)，可以将2组整个的有效数据进行比较，比较前若2组有效数据的个数不同，则将数据较长的那组有效数据中删除一部分，删除时，可以选择删除两端的数据，因为两端的数据幅值较低，对结果影响小，比如1组包含102个数，另一种包含100个数，将第一组的第一个和最后一个数删除即可】将皮尔逊积矩相关系数高于系数阈值上限CH的扰动信号判定为天气扰动信号；将低于系数阈值下限CL的扰动信号判定为人为入侵信号，并发出警报。所述的窗函数w为矩形窗函数，则有，选取的2个光纤传感器相距4-30米，如8米或10米。也可以理解为：选取相隔一定距离的两个光纤传感器，该距离是根据现场布设的环境，从4-30米中选取的一个值。系数阈值上限CH为0.7；系数阈值下限CL为0.2。所述的采用G652型单模传感光纤检测得到，采用数据采集卡将离散化，数据采集卡为北京阿尔泰科技公司生产的型号为PCI8602的采集卡。一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的装置，包括传感光纤、传感处理器和主机；传感光纤为至少2条，传感光纤与传感处理器相连，传感处理器与主机通过通信光纤相连；主机中设有微处理器，微处理器基于前述的光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法实施监测报警。所述的采用G652型单模传感光纤检测得到，主机中装有数据采集卡用于将离散化，数据采集卡为北京阿尔泰科技公司生产的型号为PCI8602的采集卡。所述的主机通过有线网或无线网与上位机通信连接。光纤监测报警系统的结构示意图如图2所示，具体包括光源、光收发电路、传感光纤、数据采集模卡和信号处理平台。光源发出的光被送入全光干涉模块，经全光干涉模块处理后的光输入到传感光纤上，在传感光纤的末端经反射镜反射后，回到全光纤干涉模块。该干涉模块是由光无源器件构成，经不同光路到达干涉模块输出端口的光在此汇合，发生干涉。输出端口的光强随着相互干涉的光之间相位差的变化而变化。当有外界扰动作用在传感缆上时，就会引起干涉光波之间相位差的变化。通过构造光纤传感系统，可采集到2路与入侵信号有关的信号。信号处理平台对该信号进行分析处理，判定该信号是否为人为入侵信号，从而决定是否发出警报。由于外界传感光纤感应的是任一扰动信号，外界环境信号比如刮风下雨也会作为扰动信号加以采集，会引起系统在恶劣天气的影响下误报警。因此有必要对采集到的扰动信号进行分析处理，将其中因天气造成的扰动加以甄别和排除，以减少天气干扰造成的误报警。刮风、下雨等天气对光纤监测报警系统的影响是全局性的，几乎作用于系统的所有传感器，且作用时间较长。而人为入侵通常只影响局部的几个传感器，而且持续的时间比天气干扰系统的时间更短。因此，可以利用这些差别屏蔽天气干扰的影响。当系统中的某个传感器监测到扰动信号时，以该传感器作为中心，监测与其相隔一定距离(如10米)的传感器是否产生了相似的扰动。如果是，说明发生了全局性扰动。否则为局部扰动。经分析可知，一般情况下，只有刮风或是下雨等天气影响才能造成全局性扰动，人为入侵才会造成局部扰动。因此，当监测到全局性扰动时不需要报警，如监测到局部扰动则需要报警。因为有效信号持续时间较长，因此只选取有效信号的一部分进行相似度的计算。有益效果：本专利技术的光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置，对现有技术的抗干扰方法进行了重大的创造性的改进，首先采用短时能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用短时能量和短时过零率的方法对光纤传感器采集的扰动信号进行端点检测，以检测出有效信号的起始点和结束点；监测到的信号为离散化之后为(1)短时能量的计算：n时刻信号短时能量En的计算公式如下：其中N为窗长，w为窗函数；(2)短时过零率的计算：短时过零率其中其中N为窗长；(3)对有效信号的识别方法：设短时能量的低门限和高门限分别为EL和EH，短时过零率的低门限和高门限分别为ZL和ZH；(a)若En＞EL且Zn＞ZL，则标记该时刻n为有效信号的起始点；(b)在时间T内，若短时能量和短时过零率这两个参数的数值都没有超过各自的高门限，且都回落到各自的低门限以下，则认为该信号是突发噪声信号，不是有效信号，取消起始点的标记；(c)如果两个参数中有任意一个数值超过了对应的高门限，且能持续时间T1，则认为该信号是有效信号，确定该原来标记的起始点为有效信号的起始点；当两个参数都低于对应的低门限，则标记该时刻为有效信号的结束点，将该段信号用λ表示；步骤2：将相隔一定距离的两个传感器同时监测到的有效信号λ1和λ2进行皮尔逊积矩相关系数计算，皮尔逊积矩相关系数的计算公式为：corr(λ1,λ2)=Σi=1K(λ1-λ1‾)(λ2-λ2‾)Σi=1K(λ1-λ1‾)2*Σi=1K(λ2-λ2‾)2;]]>将皮尔逊积矩相关系数高于系数阈值上限CH的扰动信号判定为天气扰动信号；将低于系数阈值下限CL的扰动信号判定为人为入侵信号，并发出警报。...

【技术特征摘要】
1.一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用短时能量和短时过零率的方法对光纤传感器采集的扰动信号进行端点检测，以检测出有效信号的起始点和结束点；监测到的扰动信号为离散化之后为(1)短时能量的计算：n时刻扰动信号短时能量En的计算公式如下：其中N为窗长，w为窗函数；(2)短时过零率的计算：短时过零率其中其中N为窗长；(3)对有效信号的识别方法：设短时能量的低门限和高门限分别为EL和EH，短时过零率的低门限和高门限分别为ZL和ZH；(a)若En＞EL且Zn＞ZL,则标记该时刻n为有效信号的起始点；(b)在时间T内，若短时能量和短时过零率这两个参数的数值都没有超过各自的高门限，且都回落到各自的低门限以下，则认为该扰动信号是突发噪声信号，不是有效信号，取消起始点的标记；(c)如果两个参数中有任意一个数值超过了对应的高门限，且能持续时间T1，则认为该扰动信号是有效信号，确定该原来标记的起始点为有效信号的起始点；当两个参数都低于对应的低门限时，则标记此时为有效信号的结束点，将该有效信号用λ表示；步骤2：将相隔一定距离的两个光纤传感器同时监测到的有效信号λ1和λ2进行皮尔逊积矩相关系数计算，皮尔逊积矩相关系数的计算公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈英，王路露，张竹娴，周晓霞，夏旭，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43