一種光纖監(jiān)測報警系統(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 電同時還可作為信號傳輸通道等特點，非常適用于監(jiān)測報警領(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）和信號處理平臺。工作時，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經(jīng)過光收發(fā)電路后傳輸?shù)街鳈C，經(jīng)信號處理后 對入侵信號進行識別，并決定是否需要報警。
[0004] 傳感光纖一般分布在野外，很容易受到天氣的影響，因此如何對這些由于天氣因 素引起的擾動信號進行識別避免誤報警，是光纖監(jiān)測報警系統(tǒng)應(yīng)用于實際工程中應(yīng)首先解 決的主要問題?？梢岳锰鞖鈹_動作用于系統(tǒng)的范圍大，人為擾動作用于系統(tǒng)的范圍較小 的特點，對信號進行處理和分析，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)測報警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方 法及裝置，該光纖監(jiān)測報警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方法及裝置監(jiān)控效率高，準確率較高，易 于實施。
[0007] 發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0008] -種光纖監(jiān)測報警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :采用短時能量和短時過零率的方法對光纖傳感器采集的擾動信號進行端 點檢測，以檢測出有效信號的起始點和結(jié)束點；
[0010] 監(jiān)測到的信號為^i)，離散化之后為供(/7);
[0011] (1)短時能量的計算：η時刻（實際上為第η個采樣點對應(yīng)的時刻，為簡便起見稱 為η時刻）信號以/7)短時能量匕的計算公式如下
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)短時過零率的計算：
[0013] 短時過零率
其中 N為窗長；
[0014] (3)對有效信號的識別方法：
[0015] 設(shè)短時能量的低門限和高門限分別為EL和Η1，短時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，則標記該時刻η為有效信號的起始點；
[0017] (b)在時間T內(nèi)（比如2s或5s)，若短時能量和短時過零率這兩個參數(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，則認為該信號是突發(fā)噪聲信號，不 是有效信號，取消起始點的標記；；
[0018] (C)如果兩個參數(shù)中有任意一個數(shù)值超過了對應(yīng)的高門限，且能持續(xù)時間Tl【比 如3s-10s的一個數(shù)】則認為該信號是有效信號，確定該原來標記的起始點為有效信號的起 始點；當兩個參數(shù)都低于對應(yīng)的低門限，則標記該時刻為有效信號的結(jié)束點，將該段信號用 λ表不；
[0019] 步驟2 :將相隔一定距離的兩個傳感器【如相鄰布置的2個傳感器】同時監(jiān)測到的 有效信號λ^Ρ λ 2進行皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)計算，皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)的計算公式為：
s【λ JP λ 2是兩個傳感器分別監(jiān)測 到的有效信號段。從某個時間點開始同時取λ^Ρ λ 2的K個采樣點進行相似度計算。比 如從某時刻開始，λ^Ρ λ 2都處于有效信號段，此時取1萬個采樣點進行計算。由于有效 信號持續(xù)較長，因此一般只取其中一段來進行計算相關(guān)度。比如l〇s，或幾分鐘。若有效信 號不長（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組整個的有效數(shù)據(jù)進 行比較，比較前若2組有效數(shù)據(jù)的個數(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，可以選擇刪除兩端的數(shù)據(jù)，因為兩端的數(shù)據(jù)幅值較低，對結(jié)果影響小，比如1組包 含102個數(shù)，另一種包含100個數(shù)，將第一組的第一個和最后一個數(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的擾動信號判定為天氣擾動信號； 將低于系數(shù)閾值下限CL的擾動信號判定為人為入侵信號，并發(fā)出警報。
[0022] 所述的窗函數(shù)w為矩形窗函數(shù)，則有，
[0023] 選取的2個光纖傳感器相距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)的型號為PCI8602的采集卡。
[0026] 一種光纖監(jiān)測報警系統(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；傳感光纖為至少2條，傳感光纖與傳感處理器相連，傳感處理器與主機通過通信光纖相 連；主機中設(shè)有微處理器，微處理器基于前述的光纖監(jiān)測報警系統(tǒng)中屏蔽天氣干擾的方法 實施監(jiān)測報警。
[0027] 所述的^i)采用G652型單模傳感光纖檢測得到，主機中裝有數(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)的型號為PCI8602的采集卡。
[0028] 所述的主機通過有線網(wǎng)或無線網(wǎng)與上位機通信連接。
[0029] 光纖監(jiān)測報警系統(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)采集模卡和信號處理平臺。
[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。輸出端口的光強隨著相 互干涉的光之間相位差的變化而變化。當有外界擾動作用在傳感纜上時，就會引起干涉光 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路與入侵信號有關(guān)的信號。
[0031] 信號處理平臺對該信號進行分析處理，判定該信號是否為人為入侵信號，從而決 定是否發(fā)出警報。
[0032] 由于外界傳感光纖感應(yīng)的是任一擾動信號，外界環(huán)境信號比如刮風下雨也會作為 擾動信號加以采集，會引起系統(tǒng)在惡劣天氣的影響下誤報警。因此有必要對采集到的擾動 信號進行分析處理，將其中因天氣造成的擾動加以甄別和排除，以減少天氣干擾造成的誤 報警。
[0033] 刮風、下雨等天氣對光纖監(jiān)測報警系統(tǒng)的影響是全局性的，幾乎作用于系統(tǒng)的所 有傳感器，且作用時間較長。而人為入侵通常只影響局部的幾個傳感器，而且持續(xù)的時間比 天氣干擾系統(tǒng)的時間更短。因此，可以利用這些差別屏蔽天氣干擾的影響。當系統(tǒng)中的某 個傳感器監(jiān)測到擾動信號時，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。如果是，說明發(fā)生了全局性擾動。否則為局部擾動。經(jīng)分 析可知，一般情況下，只有刮風或是下雨等天氣影響才能造成全局性擾動，人為入侵才會造 成局部擾動。因此，當監(jiān)測到全局性擾動時不需要報警，如監(jiān)測到局部擾動則需要報警。 [0034] 因為有效信號持續(xù)時間較長，因此只選取有效信號的一部分進行相似度的計算。