[发明专利]光纤传感网鲁棒性实验获取方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种实验方法。特别是一种光纤传感网鲁棒性的实验方法，适用于一切分立式光纤传感器，属于光纤智能传感领域。

背景技术

光纤传感网是一种将一组由两个或两个以上的光纤传感器在多路复用技术的支持下，根据不同网络拓扑结构组合而成的传感网络，组网的传感器多是被布设在被测单元，或是被布设在距被测单元很近的位置，从而对被测物的不同性能参数进行测量，能够实现多参量、多点的监测和控制。光纤传感网中多个传感器共享终端设备，能够实现经济效益的节省。光纤传感网正逐步渗透到我们的生活之中，从生活中的大型建筑结构监测，到军用光纤陀螺等诸多领域中均可见到光纤传感网的身影。

光纤传感网鲁棒性是指传感网络能够在网络中存在一点甚至多点断裂时继续进行传感的能力。这些断裂可能是人为制造的，或是由环境引起的传感网中光通路中断。鲁棒性作为网络科学中的重要性能指标，在光纤传感网中却鲜少提及，人们对光纤传感网的鲁棒性评估只停留在定性的、模糊性的阶段。为提高光纤传感网的鲁棒性，人们分别从网络的自愈性和可靠性入手，从定性角度提高传感网的鲁棒性。专利CN102291180A提出了一种高可靠性可扩展的三角形拓扑结构光纤传感网，利用光开关及三角形的对称性不断扩展三角形拓扑结构的光纤传感网，从而得到具有自愈功能的高可靠性光纤传感网。专利 CN101917229A提出一种基于光延迟的可自愈的大容量光纤传感网。

目前针对光纤传感网的鲁棒性评估方法少之又少。

发明内容

本发明目的是解决光纤传感网鲁棒性定量评估缺乏问题，提供一种光纤传感网的鲁棒性评估实验获取方法，利用这一方法可以定量的评估光纤传感网鲁棒性，将传感网鲁棒性理论计算与实际相结合，实现能够在光纤传感网设计之初优化网络鲁棒性，提高传感网使用寿命，从而节省实际工程开销。该方法对光纤传感网的优化布设具有指导意义，适用于光纤传感网的不同拓扑结构。

本发明提供的光纤传感网鲁棒性实验方法的步骤如下：

第1、确定光纤传感网中所需的传感器种类、传感网结构等基本信息；建立鲁棒性参数实验，通过实验确定光纤传感网中传感器衰减系数α及传感网阈值γ(0≤γ≤1)。

在进行传感网鲁棒性分析时定义了两个重要的参数：衰减系数和阈值。阈值是由传感网对监测区域内所要监测的物理量的测量精度决定的，取值范围为0≤γ≤1，精度越高γ取值越小；衰减系数α取决于光纤传感网中传感器类型及该类传感器所监测的物理量种类，理想情况下，同种类型的光纤传感器用于监测同一种物理量时其衰减系数相同。

第1.1、根据工程要求确定光纤传感网中传感器类型，以及传感网的拓扑结构。

在光纤传感网中可以包含多种类型的光纤传感器，由于不同种类型光纤传感器的衰减系数不同，因此在进行鲁棒性参数实验之前要首先确定传感网中传感器种类。之后根据实际工程需要确定光纤传感网的拓扑结构。

第1.2、通过参数实验获得鲁棒性评估所需的衰减系数α及阈值γ。

若光纤传感网中包含n种不同类型的光纤传感器，则在进行传感网鲁棒性评估时光纤传感器的衰减系数也为n个，α_i (i=1,…,n)为第i种传感器的衰减系数。以光纤传感网中第i种类型传感器的衰减系数α_i为例，选取一个第i种传感器，将其布设在监测区域内的一点S，且其坐标为(x_s, y_s)。在监测区域内另选一点M作为监测点，且M点坐标为(x_m, y_m)。之后，在M点上施加待测物理量进行衰减系数实验，采集实验数据，利用支持向量机等算法进行数据处理，得到实验中S点处传感器对于监测点M的监测能力f_i=1/                                               ，其中mse为均方差。然后，根据鲁棒性评估模型中光纤传感器的监测能力公式可得：