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分布式光纤传感器的周界安防系统入侵信号识别

作　者: 李枭
导　师: 罗光明
学　校: 湘潭大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 分布式光纤传感 马赫—泽德干涉仪 信号识别 小波变换 周界安防
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 83次
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内容摘要


随着社会经济的快速发展和各种信息容量的飞速增加,以光纤为传递信息主要媒质的光纤通信技术和以光纤中的导波原理为理论基础的光纤传感技术在人类过去几十年的生活和许多领域中得到了广泛的应用。基于分布式光纤传感的周界安防系统是新一代的安防系统,相对于传统的周界安防系统,它具有监测距离长、传感器无源、灵敏度高、响应时间短、能耗低、适应复杂地形等突出优点,是当前国际、国内的研究热点,而如何提高其检测概率和降低系统的虚警率是一个难题。本论文以区分各种引起光缆振动的激励为目标,依据信号检测理论和小波分析等数字信号处理理论,按照理论分析、检测方案、试验验证的研究顺序,对分布式光纤传感周界安防系统的信号检测进行了深入的分析和讨论。论文完成了以下工作：(1)分析了全光纤马赫—泽德干涉仪的应力应变效应,通过对应力应变效应的研究,建立了全光纤马赫—泽德干涉仪型的分布式周界安防系统的定位模型。基于该模型,可以使分布式光纤传感周界安防系统中的传感臂与参考臂可以铺设在同一根光缆内,并由此大幅度减少系统成本。(2)分析了外场实验数据,给出了入侵振动和噪声信号的特征,根据实际信号特征与低信噪比情况下能量检测器的检测概率低的问题,利用信号时域-频域中的小波多尺度分析理论,提出了提取小波细节d7频段信号的能量幅值进行阈值检测的信号检测方案。(3)在小波多尺度分析方法的基础上,构造了信号在时域—频域的方差特征向量,提出了根据特征向量的不同识别各种引起光缆振动的不同激励的“尺度—方差”信号识别方法。利用该识别方法可以清晰地区分各种激励。为了提高系统输出信噪比,设计了小波阈值消噪滤波器。(4)根据课题的设计指标和本文提出的理论方法,并进行了外场实验。实验结果验证了本文所提出的模型和方法的有效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 周界安防系统简介  9-10
    1.1.1 周界安防系统的意义  9
    1.1.2 周界安防系统的组成  9-10
  1.2 周界安防系统入侵信号探测技术概况  10-12
    1.2.1 主动式红外探测法  10
    1.2.2 微波墙式探测法  10-11
    1.2.3 泄露电缆式探测法  11
    1.2.4 电磁感应式振动电缆探测  11-12
    1.2.5 光纤传感探测法  12
  1.3 光纤传感器研究现状  12-17
    1.3.1 光纤传感器的主要方案  12-15
    1.3.2 光纤传感器的国内外发展概况  15-17
  1.4 主要研究工作  17
  1.5 论文内容安排  17-18
第2章 信号特征分析和检测方案设计  18-35
  2.1 引言  18
  2.2 分布式光纤传感器的周界安防系统的光路数学模型  18-24
    2.2.1 光纤的应力应变效应模型  18-21
    2.2.2 M-Z光纤干涉仪的数学模型  21-24
  2.3 光纤传感安防系统的入侵信号和噪声信号特征分析  24-29
    2.3.1 入侵信号特征分析  24-27
    2.3.2 环境噪声信号特征分析  27-29
  2.4 光纤周界安防系统的信号检测  29-33
    2.4.1 最佳检测系统简介  29-31
    2.4.2 检测系统的检测性能  31-33
  2.5 光纤安防系统的入侵信号检测总体框图  33-34
  2.6 小结  34-35
第3章 安防系统的入侵振动信号的识别  35-52
  3.1 引言  35
  3.2 小波分析简介  35-40
    3.2.1 连续小波变换  36-38
    3.2.2 离散小波变换  38-39
    3.2.3 小波基和小波的分类  39-40
  3.3 基于小波多分辨分析的入侵振动信号识别  40-45
    3.3.1 多分辨分析及算法  40-44
    3.3.2 入侵振动信号特征的识别方法  44-45
  3.4 小波阈值消噪方法研究  45-51
    3.4.1 小波阈值消噪基本原理  45-47
    3.4.2 阈值估计与处理  47-48
    3.4.3 阈值消噪算法描述  48-49
    3.4.4 外场信号小波阈值消噪分析  49-51
  3.5 小结  51-52
第4章 光纤传感安防系统的入侵信号识别的测试  52-64
  4.1 引言  52
  4.2 光纤传感周界安防系统的测试环境与方案  52-55
    4.2.1 外场环境介绍  52-53
    4.2.2 外场试验方案  53-55
  4.3 信号特征提取与识别的实例分析  55-58
  4.4 系统的检测性能实验  58-62
  4.5 小结  62-64
第5章 论文总结与展望  64-66
  5.1 工作总结  64
  5.2 进一步展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
个人简历、在校期间发表学术论文与研究成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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