Ф-OTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)模式識別方法研究.pdf

1、ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)模式識別方法研究光纖預(yù)警系統(tǒng)模式識別方法研究ResearchonrecognitionmethodfФOTDRopticalfiberprewarningpattern(申請博士學(xué)位)一級學(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)通過檢測光纖各部分后向散射光的光強實現(xiàn)對外部侵擾

2、活動的檢測及其定位。在光纖預(yù)警系統(tǒng)中，外部侵擾信號的分類識別至關(guān)重要。若產(chǎn)生誤報，不但造成人力物力上的浪費，嚴重時可能延誤處理時機甚至危及生命財產(chǎn)安全。因此如何準確識別入侵事件種類，及時報警，減少誤報，避免不必要的資源浪費一直是光纖預(yù)警系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問題，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)上針對傳統(tǒng)模式識別方法應(yīng)用到光纖預(yù)警系統(tǒng)中存在的缺陷和不足，重點研究管道外部入侵事件所激發(fā)的信號特征，提出了高精度、高

3、效率的模式識別方法。分析ФOTDR分布式光纖傳感原理及入侵信號產(chǎn)生機理，研究入侵信號傳播過程，建立入侵信號傳播模型以及光纖預(yù)警系統(tǒng)中信號轉(zhuǎn)換模型，解釋了外力作用于光纖預(yù)警系統(tǒng)時檢測信號的產(chǎn)生和傳遞過程。由于ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)得到的散射曲線在空域上無法反應(yīng)信號特征，因此將曲線在時域上連綴進行時空重構(gòu)。對時空域信號重構(gòu)過程進行建模仿真，分析不同類型事件在時空域的特征，對于信號特征分析和模式識別方法設(shè)計提供了理論依據(jù)。針對先定位后提取信號

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，首先將時空域信號進行區(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，并利用計算散布矩陣的方法進行特征選擇，得到時空域信號最優(yōu)特征向量。在分類器設(shè)計環(huán)節(jié)，為了滿足ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)在線實時監(jiān)測的要求，針對三種典型入侵事件信號非線性、小樣本的特點，本文提出了相關(guān)向量機分類識別方法。針對不同的特征向量分布選擇不同的核函

5、數(shù)。采用一對一的多分類決策滿足相關(guān)向量機多分類的需求，并采用交叉驗證的方法來測試分類器性能。通過三種典型的管道入侵事件對本文的方法進行驗證，結(jié)果表明本文提出的脈沖掃描成像信號特征提取方法能夠顯著提高分類準確率以及識別效率，同時，本文提出的相關(guān)向量機分類識別方法相比傳統(tǒng)的分類器具有更好的學(xué)習(xí)和泛化能力。對于ФOTDR光纖預(yù)警系統(tǒng)，本文提出的模式識別方法能夠快速、精準的識別入侵事件種類，減少誤報，滿足現(xiàn)場實時監(jiān)測的要求。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：相位敏