一種光纖振動(dòng)檢測(cè)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖振動(dòng)信號(hào)測(cè)量與隨機(jī)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于序 貫概率比SPRT的光纖振動(dòng)檢測(cè)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 被稱為城市"生命線"的地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，在方便城市生活的同時(shí)，也會(huì)因施工 不當(dāng)、監(jiān)管不利等存在很大的安全隱患，可能造成巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失，甚至稱為當(dāng)?shù)鼐?民的"奪命線"。因此，地下管線的安全預(yù)警尤為重要，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一。
[0003] 目前應(yīng)用的探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要有以下幾種方式：電子脈沖式圍欄、微波墻式報(bào)警 器、主動(dòng)紅外報(bào)警器、泄露電纜式周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、駐極體振動(dòng)電纜報(bào)警系統(tǒng)和光纖傳感 器周界報(bào)警系統(tǒng)。與電傳感器報(bào)警系統(tǒng)相比，光纖傳感器在傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中具有非常明顯 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：在不需要任何戶外有源器件（不需供電）的情況下能夠提供長(zhǎng)達(dá)100公里距 離的安防監(jiān)控，不受地形的高低、曲折、轉(zhuǎn)彎、折彎等地形環(huán)境限制，打破了紅外線、微波墻 等只適用于視距和平坦區(qū)域使用的局限性。因此，利用光纖測(cè)量振動(dòng)成為管道預(yù)警系統(tǒng)研 究的主要方法。然而，如何對(duì)光纖檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行合理有效地分析，建立什么樣的事件模型才 更更為有效，成為研究中的一大熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0004] 現(xiàn)有的光纖振動(dòng)信號(hào)處理還存在明顯的不足，其設(shè)計(jì)思路一般是直接檢測(cè)的方 法，將檢測(cè)到的信號(hào)直接傳送到顯示器，將雜波和噪聲的幅度變化同時(shí)顯示出來(lái)，對(duì)目標(biāo)信 號(hào)的檢測(cè)能力由操作員對(duì)顯示器的監(jiān)視決定。如圖1所示，為現(xiàn)有的光纖振動(dòng)信號(hào)處理流 程，研究工作集中在特征提取領(lǐng)域，提取信號(hào)的幅度特性，并將提取到的特性與門限比較， 根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行報(bào)警，這種方式誤差大、報(bào)警不準(zhǔn)確。并且，單級(jí)報(bào)警不能兼顧虛警和檢 測(cè)兩方面的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于SPRT的光纖振動(dòng)檢測(cè)方法及裝置， 能夠降低虛警概率，并提高檢測(cè)概率。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種光纖振動(dòng)檢測(cè)方 法，所述方法包括：利用預(yù)先建立的虛警概率模型、檢測(cè)概率模型以及過(guò)零檢測(cè)模型對(duì)接收 到的光纖振動(dòng)測(cè)量序列進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)，得到不同虛警概率對(duì)應(yīng)的檢測(cè)概率以及存在振 源和不存在振源時(shí)的振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零概率密度函數(shù)的比值，以提取疑似振源數(shù)據(jù)；其中，
限系數(shù)，N為樣本個(gè)數(shù)，T = uQ/N為標(biāo)稱化因子，SNR為信噪比，fez為檢測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的 過(guò)零率，H1為存在振源的假設(shè)，H。為不存在振源的假設(shè)，Det為檢測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的假設(shè)， PHDet1H1)為存在振源時(shí)檢測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零率fcz的概率密度函數(shù)，p(fczIDet，H。） 為不存在振源時(shí)檢測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零率4的概率密度函數(shù)；實(shí)時(shí)地檢測(cè)所述光纖振動(dòng) 測(cè)量序列中當(dāng)前振動(dòng)信號(hào)的位置信息，判斷是否偵測(cè)到新的位置信息；當(dāng)偵測(cè)到新的位置 信息時(shí)，則計(jì)算所述新的位置信息的序貫概率比的初始值；根據(jù)虛警概率、檢測(cè)概率以及存 在振源和不存在振源時(shí)的振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零概率密度函數(shù)的比值計(jì)算概率比增量；利用序貫 概率比檢測(cè)模型以及所述序貫概率比的初始值和所述概率比增量確定序貫概率比；其中， 所述序貫概率比檢測(cè)模型為L(zhǎng)(k) =L(k_l) +AL(k)，k為觀測(cè)的次數(shù)，AL(k)為概率比增
貫概率比不小于所述第一門限時(shí)，判斷所述序貫概率比是否小于第二門限；當(dāng)所述序貫概 率比不小于所述第二門限時(shí)，確定所述疑似振源數(shù)據(jù)為真實(shí)的振源；其中，所述第一門限為
[0007] 其中，當(dāng)所述序貫概率比小于所述第一門限時(shí)，確定所述疑似振源數(shù)據(jù)不是真實(shí) 的振源，并刪除所述疑似振源數(shù)據(jù)；當(dāng)所述序貫概率比小于所述第二門限時(shí)，執(zhí)行所述接收 光纖振動(dòng)測(cè)量序列，并對(duì)所述光纖振動(dòng)測(cè)量序列進(jìn)行采樣處理的步驟。
[0008] 其中，利用預(yù)先建立的虛警概率模型、檢測(cè)概率模型以及過(guò)零檢測(cè)模型對(duì)接收到 的光纖振動(dòng)測(cè)量序列進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)，得到不同虛警概率對(duì)應(yīng)的檢測(cè)概率以及存在振源 和不存在振源時(shí)的振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零概率密度函數(shù)的比值，以提取疑似振源數(shù)據(jù)的步驟具體 為：利用所述虛警概率模型和所述檢測(cè)概率模型對(duì)所述光纖振動(dòng)測(cè)量序列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分 析，得到不同虛警概率對(duì)應(yīng)的檢測(cè)概率；以及利用所述過(guò)零檢測(cè)模型確定存在振源和不存 在振源時(shí)的振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零概率密度函數(shù)的比值；以及利用所述不同虛警概率對(duì)應(yīng)的檢測(cè) 概率以及所述過(guò)零概率密度函數(shù)的比值對(duì)所述光纖振動(dòng)測(cè)量序列進(jìn)行檢測(cè)以提取所述疑 似振源數(shù)據(jù)。
[0009] 其中，當(dāng)沒(méi)有偵測(cè)到新的位置信息時(shí)，利用所述序貫概率比檢測(cè)模型以及所述序 貫概率比增量確定序貫概率比；其中，AL(k) =ln[l_Pd]。
[0010] 其中，所述光纖振動(dòng)測(cè)量序列包含的數(shù)據(jù)包括信噪比、位置信息和過(guò)零率。
[0011] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種光纖振動(dòng)檢 測(cè)裝置，所述裝置包括：信號(hào)處理模塊，利用預(yù)先建立的虛警概率模型、檢測(cè)概率模型以 及過(guò)零檢測(cè)模型對(duì)接收到的光纖振動(dòng)測(cè)量序列進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)，得到不同虛警概率對(duì) 應(yīng)的檢測(cè)概率以及存在振源和不存在振源時(shí)的振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零概率密度函數(shù)的比值，以
定虛警概率處理后的檢測(cè)門限系數(shù)，N為樣本個(gè)數(shù)，T=U(]/N為標(biāo)稱化因子，SNR為信噪 比，4為檢測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零率，H1為存在振源的假設(shè)，H。為不存在振源的假設(shè)，Det為檢測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的假設(shè)，P(LlDetj1)為存在振源時(shí)檢測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零率4的 概率密度函數(shù)，p(fjDet，H。）為不存在振源時(shí)檢測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零率f。,的概率密度 函數(shù)；第一檢測(cè)模塊，實(shí)時(shí)地檢測(cè)所述光纖振動(dòng)測(cè)量序列中當(dāng)前振動(dòng)信號(hào)的位置信息，判 斷是否偵測(cè)到新的位置信息；計(jì)算模塊，用于當(dāng)所述檢測(cè)模塊偵測(cè)到新的位置信息時(shí)，計(jì) 算所述新的位置信息的序貫概率比的初始值，根據(jù)虛警概率、檢測(cè)概率以及存在振源和不 存在振源時(shí)的振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零概率密度函數(shù)的比值計(jì)算概率比增量，以及利用序貫概率 比檢測(cè)模型以及所述序貫概率比的初始值和所述概率比增量確定序貫概率比；其中，所 述序貫概率比檢測(cè)模型為L(zhǎng)(k) =L(k_l) +AL(k)，k為觀測(cè)的次數(shù)，AL(k)為概率比增
:判斷模塊，用于判斷所述計(jì)算模塊計(jì)算得到的所述 序貫概率比是否小于第一門限，以及當(dāng)所述序貫概率比不小于所述第一門限時(shí)，判斷所述 序貫概率比是否小于第二門限；第二檢測(cè)模塊，用于當(dāng)所述判斷模塊確定所述序貫概率 比不小于所述第二門限時(shí)，確定所述疑似振源數(shù)據(jù)為真實(shí)的振源；其中，所述第一門限為
，a為虛假事件被確定的概率，b為真實(shí)事件被
P(H1)預(yù)先設(shè)定，P(H0)~1〇
[0012] 其中，所述第二檢測(cè)模塊還用于當(dāng)所述判斷模塊確定所述序貫概率比小于所述第 一門限時(shí)，確定所述疑似振源數(shù)據(jù)不是真實(shí)的振源，并刪除所述疑似振源數(shù)據(jù)；當(dāng)所述第二 檢測(cè)模塊判斷所述序貫概率比小于所述第二門限時(shí)，對(duì)所述疑似振源數(shù)據(jù)不作處理。
[0013] 其中，所述信號(hào)處理模塊用于利用所述虛警概率模型和所述檢測(cè)概率模型對(duì)所述 光纖振動(dòng)測(cè)量序列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到不同虛警概率對(duì)應(yīng)的檢測(cè)概率；利用所述過(guò)零 檢測(cè)模型確定存在振源和不存在振源時(shí)的振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零概率密度函數(shù)的比值；以及利用 所述不同虛警概率對(duì)應(yīng)的檢測(cè)概率以及所述過(guò)零概率密度函數(shù)的比值對(duì)所述光纖振動(dòng)測(cè) 量序列進(jìn)行檢測(cè)以提取所述疑似振源數(shù)據(jù)。
[0014] 其中，所述第二檢測(cè)模塊還用于當(dāng)所述偵測(cè)模塊沒(méi)有偵測(cè)到新的位置信息時(shí)，利 用所述序貫概率比檢測(cè)模型以及所述序貫概率比增量確定序貫概率比；其中，AL(k)= In[I-Pd]。
[0015] 其中，所述光纖振動(dòng)測(cè)量序列包含的數(shù)據(jù)包括信噪比、位置信息和過(guò)零率。
[0016] 本發(fā)明提供的一種光纖振動(dòng)檢測(cè)方法及裝置，通過(guò)對(duì)接收到的光纖振動(dòng)測(cè)量序列 進(jìn)行采樣處理，利用預(yù)先建立的振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)模型對(duì)所述光纖振動(dòng)測(cè)量序列進(jìn)行振動(dòng)信號(hào) 檢測(cè)，以提取疑似振源數(shù)據(jù)；以及利用序貫概率比檢測(cè)模型對(duì)所述疑似振源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)， 實(shí)現(xiàn)確認(rèn)所述疑似振源數(shù)據(jù)是否為真實(shí)的振源。本發(fā)明通過(guò)過(guò)零檢測(cè)模型和序貫概率比檢 測(cè)的關(guān)系，提出一種多級(jí)振源檢測(cè)算法，振源檢測(cè)的速度大大提高，也使虛警率穩(wěn)定在一個(gè) 可控范圍內(nèi)，同時(shí)提高對(duì)微弱振源的檢測(cè)能力。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中光纖振動(dòng)檢測(cè)方法的流程示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式中的光纖振動(dòng)檢測(cè)方法的流程示意圖；