【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式光纤声波振动信号处理，特别涉及一种分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法、装置及储存介质。
技术介绍
1、随着分布式光纤传感技术的发展，使用分布式光纤传感技术在管道、安防、海缆监测等方向的应用愈加广泛，在应用监测过程中分布式光纤作为传感器采集获取信号，但密集分布的长距离传感能力加上高频采样率，导致数据流巨大，给输入输出接口(i/o)、存储和信号处理计算带来了很大的负担。因此，需要建立一种既能保存有效信号又能减少数据量的光纤声波振动处理方法，从而在有限减少光纤振动信号数据量及计算耗时的同时保留原信号特征信息。
2、分布式光纤声波振动传感系统以其监测距离长等特点在pccp管道断丝监测方面的应用越来越广泛，由于pccp管道监测距离较长，采集到的数据较多，为此，研究人员将压缩感知技术引入了分布式光纤振动检测中，压缩感知是利用表征信号本质特征的稀疏性，将数据通过观测矩阵映射到低维空间，再基于稀疏性从观测向量中恢复原始信号。在专利号为cn113503954a的专利技术中公开了基于多域压缩感知的信号测量和抑噪方法、专利号为cn111609916a的专利技术中公开了一种基于压缩感知的ofdr分布式振动传感检测方法，其核心方法均使用压缩感知对监测信号进行压缩处理再对信号进行重构，使用重构后的信号进行后续操作。然而以上方法仍然需要对信号进行恢复处理，在pccp断丝监测实际应用过程中依然存在运算、存储压力大的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的为提供一种分布式光
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法，包括：
3、s1、进行pccp断丝信号采集后预处理，得到初始光纤振动信号；
4、s2、对初始光纤振动信号进行频带能量计算，得到初始光纤振动信号在不同频带上的能量分布情况；
5、s3、将能量分布情况转换至压缩域，得到信号压缩域频带能量特征值；
6、s4、将信号压缩域频带能量特征值作为支持向量机的输入，得到断丝信号的分类识别结果。
7、进一步地，所述s1的步骤包括：
8、进行pccp断丝信号采集后，通过使用小波分解对原始信号进行去噪，得到初始光纤振动信号，其中，阈值函数为：
9、
10、式中，w为分布式光纤声波振动含噪信号经小波分解后的小波系数，λ为选定的阈值，wλ是软阈值函数处理后的小波系数，sign(x)为符号函数。
11、进一步地，所述s2的步骤包括：
12、在fs采样率下将初始光纤振动信号分为n个不同的频带，每个频带宽度为fs/(2*n)，对每个频带进行带通滤波，得到每个频带范围内的能量值，该处理方法可用下式表示：其中，y为带通滤波后的信号，x为初始光纤振动信号，f为fir带通滤波器冲激响应函数，为卷积计算，光纤振动声波信号在时域的频带能量可用下式表达：fbet＝yty。
13、进一步地，所述s3的步骤包括：
14、s301、通过带通滤波的脉冲响应得到nyquist域的toeplitz矩阵h；
15、s302、确定与pccp断丝信号相对应的观测矩阵φ，利用nyquist域的toeplitz矩阵h与观测矩阵φ得到压缩域的toeplitz矩阵根据压缩域的toeplitz矩阵与观测矩阵φ得到pccp振动信号在压缩域的频带能量分布特征。
16、进一步地，所述s301的步骤包括：
17、利用带通滤波的脉冲响应得到滤波卷积的矩阵乘积表达式：
18、
19、其中，h为带通滤波冲激响应构成的nyquist域的toeplitz矩阵h；
20、其中toeplitz矩阵h为下式：
21、
22、其中hm为带通滤波器的脉冲响应，x为输入光纤振动声波信号，y为每个频带滤波后的结果。
23、进一步地，所述s302的步骤包括：
24、通过压缩理论将数据在采样阶段进行压缩，引入观测矩阵φ，得到压缩采样后的数据可用下式表达：
25、
26、则在压缩域光纤声波振动信号经过带通滤波后得到其矩阵表达式为下式：
27、
28、其中，分别为带通滤波后的信号y、toeplitz矩阵h、输入光纤振动声波信号x在压缩域所对应的值；
29、则其在压缩域的频带能量计算为
30、根据nyquist域的频带能量及数据压缩可得压缩域的频带能量值，计算推导如下所示：
31、
32、式中，φ+为观测矩阵φ的moore-penrose广义逆矩阵。
33、进一步地，所述s4的步骤之前包括：
34、将信号压缩域频带能量特征值作为训练集输入，基于支持向量机模型进行训练和调优，得到pccp管断丝监测分类预警模型，其中，支持向量机模型的训练和调优问题如下：
35、
36、
37、式中，yi(wtxi+b)为惩罚项，使用拉格朗日对偶将最优解问题转化为约束条件下求最大值：
38、
39、
40、式中：λi为拉格朗日乘子，k(xi,xj)为核函数。
41、本专利技术还提供了一种运行分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法的装置，包括：
42、处理单元，用于进行pccp断丝信号采集后预处理，得到初始光纤振动信号；
43、第一计算单元，对初始光纤振动信号进行频带能量计算，得到初始光纤振动信号在不同频带上的能量分布情况；
44、第二计算单元，将能量分布情况转换至压缩域，得到信号压缩域频带能量特征值；
45、分析单元，将信号压缩域频带能量特征值作为支持向量机的输入，得到断丝信号的分类识别结果。
46、本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法的步骤。
47、本专利技术提供的分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法、装置及储存介质，将pccp管道断丝特征从nyquist域转换至压缩域，可以有效降低信号存储量与运算处理时间，使得系统节省空间的同时提升了系统处理速率；与传统的压缩、重构信号不同的是该方法没有进行压缩后重构信号，而是在压缩感知的基础上对pccp断丝振动信号进行压缩，将信号特征从nyquist域转换至压缩域直接进行处理，省去重构信号这一环节。为pccp断丝监测识别分类提供一种新的解决途径，可有效减小pccp断丝监测系统运算效率，减少系统计算资源占用，提高pccp断丝监测系统性能。
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1.一种分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述S1的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述S2的步骤包括：
4.根据权利要求3所述的分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述S3的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述S301的步骤包括：
6.根据权利要求5所述的分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述S302的步骤包括：
7.根据权利要求1所述的分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述S4的步骤之前包括：
8.一种运行分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方法的装置，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述分布式光纤PCCP断丝监测分类识别方
...【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述s1的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述s2的步骤包括：
4.根据权利要求3所述的分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述s3的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的分布式光纤pccp断丝监测分类识别方法，其特征在于，所述s301的步...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，纪然然，何杰逊，宛立君，李东明，周广喆，熊家兴，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：
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