一種光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖對(duì)外界環(huán)境因素十分敏感，如溫度、壓力、電場、磁場等環(huán)境條件的變化將引 起光波參量（如強(qiáng)度、相位、頻率、偏振態(tài)等）的變化。光纖傳感器根據(jù)這些參量的變化，就 可以知道導(dǎo)致這些光波參量變化的溫度、壓力、電場、磁場等物理量的大小。此外，光纖傳感 器還具有體積小、重量輕、抗電磁干擾、靈敏度高、易于組網(wǎng)，且光纖本身無源，無需外場供 電同時(shí)還可作為信號(hào)傳輸通道等特點(diǎn)，非常適用于監(jiān)測報(bào)警領(lǐng)域，具有非常廣闊的應(yīng)用前 景。其敷設(shè)方式如圖1所示；
[0003] 光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)主要包含三大部分：光收發(fā)電路（包括全光干涉模塊和光電檢 測模塊）、光纖（包括傳感光纖和傳輸光纖）和信號(hào)處理平臺(tái)。工作時(shí)，光源發(fā)出的光輸入 光收發(fā)電路，使得施加于傳感光纖上的信號(hào)經(jīng)過光收發(fā)電路后傳輸?shù)街鳈C(jī)，經(jīng)信號(hào)處理后 對(duì)入侵信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，并決定是否需要報(bào)警。
[0004] 傳感光纖一般分布在野外，很容易受到天氣的影響，因此如何對(duì)這些由于天氣因 素引起的擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別避免誤報(bào)警，是光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際工程中應(yīng)首先解 決的主要問題?？梢岳锰鞖鈹_動(dòng)作用于系統(tǒng)的范圍大，人為擾動(dòng)作用于系統(tǒng)的范圍較小 的特點(diǎn)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，在一定程度上屏蔽天氣的干擾。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方 法及裝置，該光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方法及裝置監(jiān)控效率高，準(zhǔn)確率較高，易 于實(shí)施。
[0007] 發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0008] -種光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :采用短時(shí)能量和短時(shí)過零率的方法對(duì)光纖傳感器采集的擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行端 點(diǎn)檢測，以檢測出有效信號(hào)的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)；
[0010] 監(jiān)測到的信號(hào)為^i)，離散化之后為供(/7);
[0011] (1)短時(shí)能量的計(jì)算：η時(shí)刻（實(shí)際上為第η個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，為簡便起見稱 為η時(shí)刻）信號(hào)以/7)短時(shí)能量匕的計(jì)算公式如下
其中N為窗 長，w為窗函數(shù)；【窗函數(shù)可以為漢明窗函數(shù)或矩形窗函數(shù)】
[0012] (2)短時(shí)過零率的計(jì)算：
[0013] 短時(shí)過零率
其中 N為窗長；
[0014] (3)對(duì)有效信號(hào)的識(shí)別方法：
[0015] 設(shè)短時(shí)能量的低門限和高門限分別為EL和Η1，短時(shí)過零率的低門限和高門限分 別為ZL和ZH;
[0016] (a)若En> EL且Z n> ZL，則標(biāo)記該時(shí)刻η為有效信號(hào)的起始點(diǎn)；
[0017] (b)在時(shí)間T內(nèi)（比如2s或5s)，若短時(shí)能量和短時(shí)過零率這兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值都 沒有超過各自的高門限，且都回落到各自的低門限以下，則認(rèn)為該信號(hào)是突發(fā)噪聲信號(hào)，不 是有效信號(hào)，取消起始點(diǎn)的標(biāo)記；；
[0018] (C)如果兩個(gè)參數(shù)中有任意一個(gè)數(shù)值超過了對(duì)應(yīng)的高門限，且能持續(xù)時(shí)間Tl【比 如3s-10s的一個(gè)數(shù)】則認(rèn)為該信號(hào)是有效信號(hào)，確定該原來標(biāo)記的起始點(diǎn)為有效信號(hào)的起 始點(diǎn)；當(dāng)兩個(gè)參數(shù)都低于對(duì)應(yīng)的低門限，則標(biāo)記該時(shí)刻為有效信號(hào)的結(jié)束點(diǎn)，將該段信號(hào)用 λ表不；
[0019] 步驟2 :將相隔一定距離的兩個(gè)傳感器【如相鄰布置的2個(gè)傳感器】同時(shí)監(jiān)測到的 有效信號(hào)λ^Ρ λ 2進(jìn)行皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)計(jì)算，皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：
s【λ JP λ 2是兩個(gè)傳感器分別監(jiān)測 到的有效信號(hào)段。從某個(gè)時(shí)間點(diǎn)開始同時(shí)取λ^Ρ λ 2的K個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行相似度計(jì)算。比 如從某時(shí)刻開始，λ^Ρ λ 2都處于有效信號(hào)段，此時(shí)取1萬個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。由于有效 信號(hào)持續(xù)較長，因此一般只取其中一段來進(jìn)行計(jì)算相關(guān)度。比如l〇s，或幾分鐘。若有效信 號(hào)不長（即包含的數(shù)據(jù)量不大，數(shù)據(jù)量的閾值比如取15000)，可以將2組整個(gè)的有效數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較，比較前若2組有效數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)不同，則將數(shù)據(jù)較長的那組有效數(shù)據(jù)中刪除一部分， 刪除時(shí)，可以選擇刪除兩端的數(shù)據(jù)，因?yàn)閮啥说臄?shù)據(jù)幅值較低，對(duì)結(jié)果影響小，比如1組包 含102個(gè)數(shù)，另一種包含100個(gè)數(shù)，將第一組的第一個(gè)和最后一個(gè)數(shù)刪除即可】
[0021] 將皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)高于系數(shù)閾值上限CH的擾動(dòng)信號(hào)判定為天氣擾動(dòng)信號(hào)； 將低于系數(shù)閾值下限CL的擾動(dòng)信號(hào)判定為人為入侵信號(hào)，并發(fā)出警報(bào)。
[0022] 所述的窗函數(shù)w為矩形窗函數(shù)，則有，
[0023] 選取的2個(gè)光纖傳感器相距4-30米，如8米或10米。也可以理解為：選取相隔一 定距離的兩個(gè)光纖傳感器，該距離是根據(jù)現(xiàn)場布設(shè)的環(huán)境，從4-30米中選取的一個(gè)值。
[0024] 系數(shù)閾值上限CH為0. 7 ;系數(shù)閾值下限CL為0. 2。
[0025] 所述的^?)采用G652型單模傳感光纖檢測得到，采用數(shù)據(jù)采集卡將^?)離散化，數(shù) 據(jù)采集卡為北京阿爾泰科技公司生產(chǎn)的型號(hào)為PCI8602的采集卡。
[0026] 一種光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的裝置，包括傳感光纖、傳感處理器和主 機(jī)；傳感光纖為至少2條，傳感光纖與傳感處理器相連，傳感處理器與主機(jī)通過通信光纖相 連；主機(jī)中設(shè)有微處理器，微處理器基于前述的光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方法 實(shí)施監(jiān)測報(bào)警。
[0027] 所述的^i)采用G652型單模傳感光纖檢測得到，主機(jī)中裝有數(shù)據(jù)采集卡用于將 供〇〇離散化，數(shù)據(jù)采集卡為北京阿爾泰科技公司生產(chǎn)的型號(hào)為PCI8602的采集卡。
[0028] 所述的主機(jī)通過有線網(wǎng)或無線網(wǎng)與上位機(jī)通信連接。
[0029] 光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，具體包括光源、光收發(fā)電路、傳感光 纖、數(shù)據(jù)采集模卡和信號(hào)處理平臺(tái)。
[0030] 光源發(fā)出的光被送入全光干涉模塊，經(jīng)全光干涉模塊處理后的光輸入到傳感光纖 上，在傳感光纖的末端經(jīng)反射鏡反射后，回到全光纖干涉模塊。該干涉模塊是由光無源器件 構(gòu)成，經(jīng)不同光路到達(dá)干涉模塊輸出端口的光在此匯合，發(fā)生干涉。輸出端口的光強(qiáng)隨著相 互干涉的光之間相位差的變化而變化。當(dāng)有外界擾動(dòng)作用在傳感纜上時(shí)，就會(huì)引起干涉光 波之間相位差的變化。通過構(gòu)造光纖傳感系統(tǒng)，可采集到2路與入侵信號(hào)有關(guān)的信號(hào)。
[0031] 信號(hào)處理平臺(tái)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，判定該信號(hào)是否為人為入侵信號(hào)，從而決 定是否發(fā)出警報(bào)。
[0032] 由于外界傳感光纖感應(yīng)的是任一擾動(dòng)信號(hào)，外界環(huán)境信號(hào)比如刮風(fēng)下雨也會(huì)作為 擾動(dòng)信號(hào)加以采集，會(huì)引起系統(tǒng)在惡劣天氣的影響下誤報(bào)警。因此有必要對(duì)采集到的擾動(dòng) 信號(hào)進(jìn)行分析處理，將其中因天氣造成的擾動(dòng)加以甄別和排除，以減少天氣干擾造成的誤 報(bào)警。
[0033] 刮風(fēng)、下雨等天氣對(duì)光纖監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的影響是全局性的，幾乎作用于系統(tǒng)的所 有傳感器，且作用時(shí)間較長。而人為入侵通常只影響局部的幾個(gè)傳感器，而且持續(xù)的時(shí)間比 天氣干擾系統(tǒng)的時(shí)間更短。因此，可以利用這些差別屏蔽天氣干擾的影響。當(dāng)系統(tǒng)中的某 個(gè)傳感器監(jiān)測到擾動(dòng)信號(hào)時(shí)，以該傳感器作為中心，監(jiān)測與其相隔一定距離（如10米）的 傳感器是否產(chǎn)生了相似的擾動(dòng)。如果是，說明發(fā)生了全局性擾動(dòng)。否則為局部擾動(dòng)。經(jīng)分 析可知，一般情況下，只有刮風(fēng)或是下雨等天氣影響才能造成全局性擾動(dòng)，人為入侵才會(huì)造 成局部擾動(dòng)。因此，當(dāng)監(jiān)測到全局性擾動(dòng)時(shí)不需要報(bào)警，如監(jiān)測到局部擾動(dòng)則需要報(bào)警。 [0034] 因?yàn)橛行盘?hào)持續(xù)時(shí)間較長，因此只選取有效信號(hào)的一部分進(jìn)行相似度的計(jì)算。