分布式光纤传感系统具有抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、灵敏度高以及可以实现大范围监测等诸多优点,且传感光纤可埋藏于地下,具有很好的隐蔽性,因此成为业界研究的热点,并被广泛用于监测国境、军事基地、发电厂、石油管道、核设施及监狱等重要区域和场所。本文基于相位敏感光时域反射(phase-sensitive Optical Time Domain Reflectrometer,简称Φ-OTDR)系统,设计了提高识别入侵事件准确率的算法,该算法与Φ-OTDR系统相结合,只需单芯光纤,就可实现不同位置多振动事件的探测与定位,最大监测距离长达50公里。本文围绕提高识别入侵事件准确率的算法问题,进行了相关的研究工作:1)分析了分布式光纤传感技术在周界安防监测中的应用,重点阐述了基于Φ-OTDR的周界安防监测系统识别入侵事件的原理。2)针对基于Φ-OTDR的周界安防监测系统识别入侵事件的技术难点,在前后时刻数据差值判断算法的基础上,设计了时间域单点振动判断、空间域相邻点振动判断、特征量峰值比例判断相互结合的算法;通过实验表明时间域单点振动判断与空间域相邻点振动判断相结合的算法能100%对入侵事件进行识别,准确率高、实时性好、定位稳定性高,并且适用于不同频率下的入侵事件识别。3)针对前后时刻数据差值判断、时间域单点振动判断算法中阈值设定的问题,提出了三种不同的阈值设定方法:统一阈值、数据拟合阈值、自适应均值阈值,实验表明自适应均值阈值的设定方法适用性最好。4)仿真了时间域单点振动判断与空间域相邻点振动判断相结合的算法的频率响应范围;为了对入侵事件所包含的频率信息进行识别,设计了频率识别算法,通过不同频率的振动实验,验证了该算法的有效性。5)研究了小波分析在Φ-OTDR系统中检测信号突变点、信号降噪中的应用;将频率识别算法提取出的频率信息,作为模式识别算法中的一个输入量,用于对不同模式的振动事件进行分类。
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