[发明专利]光纤振动传感系统两级信号特征提取与判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤振动传感系统两级信号特征提取与判别方法，属于光纤传感信号判 别技术领域。

背景技术

相位调制型光纤传感技术通过光纤中光波的相位变化来表征外界被测物理量。这种传感 检测技术灵敏度很高，传感原件结构简单，成本低，作用距离长，尤其适合周界安防。所述 光纤相位干涉仪包括马赫－曾德尔(Mach-Zehnder)、迈克尔逊(Michelson)和萨格纳克(Sagnac) 等类型。相位调制型光纤传感技术的主要难点问题在于信号定位和信号类型判别。现有信号 类型判别方法首先进行人工特征设计，也就是通过希尔伯特黄变换、短时傅里叶变换或者小 波变换等非平稳信号分析方法先提取振动信号特征，然后把所提取到的振动信号特征传送给 神经网络或者支持向量机，由其做类型判别。所述方法存在的主要问题是无法在环境噪声干 扰下，准确判别外界振动信号类型，并且，人工特征设计阶段需要对振动信号进行大量的特 性分析，导致该信号类型判别方法效率较低。

发明内容

为了能够在环境噪声干扰下，准确并高效判别外界振动信号类型，我们发明了一种光纤 振动传感系统两级信号特征提取与判别方法，作为一种信号类型判别算法，尽管信号可能来 自嘈杂背景，依然能够准确、高效判别各种外界振动信号类型，虚警少、误报率低。

本发明之光纤振动传感系统两级信号特征提取与判别方法其待判别信号为由光纤振动传 感系统采集的各种类型的外界振动信号；其特征在于，首先，提取所述外界振动信号的短时 过门限率；其次，计算所提取的短时过门限率的平均代数和，筛选出含有外界振动信息的信 号片段；第三，从所述信号片段的短时过门限率中进一步做特征提取；最后，判别所述各个 信号片段的振动类型。

本发明其技术效果在于，相对于现有方法，本发明包括两级特征提取，经过一级特征提 取，也就是提取所述外界振动信号的短时过门限率，并计算所提取的短时过门限率的平均代 数和，从而筛选出含有外界振动信息的信号片段，屏蔽掉环境噪声振动信号，如此能够减小 后续算法的工作量；经过一级特征提取，也就是从所述信号片段的短时过门限率中进一步做 特征提取，不仅避免现有技术由于人工特征设计带来的巨大工作量，提高信号判别效率，而 且，信号判别更加精确，虚警少、误报率低。

附图说明

图1是本发明之光纤振动传感系统两级信号特征提取与判别方法程序框图，该图同时作 为摘要附图。图2～图5依次为由光纤振动传感系统采集的与踩踏振动、摇晃振动、短时敲击 振动、长点振动对应的原始电信号的时域波形图。图6～图9依次为自踩踏振动、摇晃振动、 短时敲击振动、长点振动的原始电信号中提取短时过门限率得到的短时过门限率特征曲线。 图10为无振动入侵事件时的原始电信号的短时过门限率特征曲线。

具体实施方式

如图1所示。

采集信号：

由光纤振动传感系统采集各种类型的外界振动信号，该光纤振动传感系统将采集的光信 号转化为原始电信号I[x]。

在所述光纤振动传感系统中，包括改进型迈克尔逊干涉仪，所述迈克耳逊干涉仪中配有 成本低廉、结构简单的法拉第旋转镜(FRM)，当有振动入侵事件发生时，引起传感光纤中的 传感光信号的相位变化，由迈克尔逊干涉仪转化成强度变化，经过光电转换，得到原始电信 号I[x]。

提取短时过门限率：

提取所述外界振动信号的短时过门限率T[i]，其定义为：