Ф-OTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)模式識(shí)別方法研究.pdf

1、ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)模式識(shí)別方法研究光纖預(yù)警系統(tǒng)模式識(shí)別方法研究ResearchonrecognitionmethodfФOTDRopticalfiberprewarningpattern(申請(qǐng)博士學(xué)位)一級(jí)學(xué)科:儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：孫茜指導(dǎo)教師：曾周末教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年六月中文摘要中文摘要相干瑞利散射(ФOTDR)分布式光纖預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)光纖各部分后向散射光的光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部侵?jǐn)_

2、活動(dòng)的檢測(cè)及其定位。在光纖預(yù)警系統(tǒng)中，外部侵?jǐn)_信號(hào)的分類識(shí)別至關(guān)重要。若產(chǎn)生誤報(bào)，不但造成人力物力上的浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)可能延誤處理時(shí)機(jī)甚至危及生命財(cái)產(chǎn)安全。因此如何準(zhǔn)確識(shí)別入侵事件種類，及時(shí)報(bào)警，減少誤報(bào)，避免不必要的資源浪費(fèi)一直是光纖預(yù)警系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題，受到研究者的廣泛關(guān)注。本文在課題組ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上針對(duì)傳統(tǒng)模式識(shí)別方法應(yīng)用到光纖預(yù)警系統(tǒng)中存在的缺陷和不足，重點(diǎn)研究管道外部入侵事件所激發(fā)的信號(hào)特征，提出了高精度、高

3、效率的模式識(shí)別方法。分析ФOTDR分布式光纖傳感原理及入侵信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理，研究入侵信號(hào)傳播過(guò)程，建立入侵信號(hào)傳播模型以及光纖預(yù)警系統(tǒng)中信號(hào)轉(zhuǎn)換模型，解釋了外力作用于光纖預(yù)警系統(tǒng)時(shí)檢測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生和傳遞過(guò)程。由于ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)得到的散射曲線在空域上無(wú)法反應(yīng)信號(hào)特征，因此將曲線在時(shí)域上連綴進(jìn)行時(shí)空重構(gòu)。對(duì)時(shí)空域信號(hào)重構(gòu)過(guò)程進(jìn)行建模仿真，分析不同類型事件在時(shí)空域的特征，對(duì)于信號(hào)特征分析和模式識(shí)別方法設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。針對(duì)先定位后提取信號(hào)

4、特征的方法受初始相位的影響容易產(chǎn)生定位誤差，造成特征向量可分性差，導(dǎo)致模式重疊，本文提出了脈沖掃描成像形態(tài)特征提取方法，首先將時(shí)空域信號(hào)進(jìn)行區(qū)域分割，然后提取事件區(qū)域的形態(tài)特征作為特征向量，并利用計(jì)算散布矩陣的方法進(jìn)行特征選擇，得到時(shí)空域信號(hào)最優(yōu)特征向量。在分類器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為了滿足ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求，針對(duì)三種典型入侵事件信號(hào)非線性、小樣本的特點(diǎn)，本文提出了相關(guān)向量機(jī)分類識(shí)別方法。針對(duì)不同的特征向量分布選擇不同的核函

5、數(shù)。采用一對(duì)一的多分類決策滿足相關(guān)向量機(jī)多分類的需求，并采用交叉驗(yàn)證的方法來(lái)測(cè)試分類器性能。通過(guò)三種典型的管道入侵事件對(duì)本文的方法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明本文提出的脈沖掃描成像信號(hào)特征提取方法能夠顯著提高分類準(zhǔn)確率以及識(shí)別效率，同時(shí)，本文提出的相關(guān)向量機(jī)分類識(shí)別方法相比傳統(tǒng)的分類器具有更好的學(xué)習(xí)和泛化能力。對(duì)于ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)，本文提出的模式識(shí)別方法能夠快速、精準(zhǔn)的識(shí)別入侵事件種類，減少誤報(bào)，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：相位敏