[发明专利]基于主成分分析的光纤安防方法及系统

权利要求书

1.一种光纤安防信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：获取光纤布控区域内光信号的相位差异；

S200：将光信号的相位差异按时间上的采样率转变为电信号上的幅值差异，获得时域分析信号包；

S300：以预设的时间跨度划分所述时域分析信号包，得到事件信号；

S400：提取所述事件信号的交流部分，获取事件信号的时域信号；

S500：对所述时域信号进行快速傅立叶变换获得所述事件信号的实时频域特征；

S600：对所述实时频域特征进行主成分分析，获得重构后的频域特征；

S700：根据所述重构后的频域特征采用支持向量机算法计算决策函数；

S800：根据所述决策函数判断是否存在人为入侵；

所述步骤S600具体包括：

S601：获取m-1个事件样本，其中每个样本的频域特征为s_frej＝{s_frej(1),…,s_frej(n)},j＝1,…,m-1；

S602：将所述实时频域特征与m-1个样本特征构造为新的特征合集S_fre，其中S_fre行为实时频域特征与样本频域特征的数据特征值，列为数据样本数；

S603：计算重构特征矩阵Y^T，Y^T＝S_fre^TW＝VΣ^TW^TW＝VΣ^T；

其中：S_fre的奇异值分解为S_fre＝WΣV^T，W为m*m的矩阵，W是的本征矢量矩阵，∑是m*n的非负对角矩阵，V是n*n的的本征矢量矩阵；

S604：取W的前L维度构造W_L，将S_fre映射到只有L维度的低维空间中，获得降维特征矩阵Y_L，其中∑_L为L*n的非负对角矩阵；

S605：将与实时频域特征对应的Y_L的那一行作为重构后的频域特征

2.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，通过M-Z型干涉仪获取所述光信号的相位差异。

3.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，所述预设的时间跨度为0.1-1S。

4.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，所述预设的时间跨度为0.25S。

5.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，所述步骤S400具体包括:每帧事件信号定义为S_i(n)，定义事件信号均值为

式中n代表第n个采样点，令直流信号分量部分为

则交流部分为

6.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，所述步骤S500具体包括：

S501：接收到的每帧事件信号为S_i(n)，每帧事件信号的短时能量E_i为

设每帧的短时过零率Z_i为

式中sgn为符号函数；

计算环境噪声的短时能量和短时过零率，假设前10帧事件信号为环境噪声，首先求出每帧噪声的均方差，将这10个均方差的均值作为信号短时过零率的直流偏置，求出前10帧的短时能量和短时过零率的均值Z_mean、E_mean和标准差Z_std、E_std，得到其初始值Z₀＝Z_mean+2*Z_std和E₀＝E_mean+2*E_std，设置两个系数E_coef和Z_coef作为阈值，两个阈值用于调节系统灵敏度；

S502：每过预设时间，重复步骤S501，只计算小于阈值的帧，修改阈值；

S503：若此时有一帧信号S_i(n)被判定为入侵信号，取出该帧信号的前一帧S_i-1(n)平分为5个子帧，从后往前分别计算这几个子帧的短时能量，取出子帧中短时能量大于阈值的几个子帧，作为该次入侵信号的起点，同理找出入侵信号的终点，提取出事件信号的时域信号x(n)；

S504：对时域信号x(n)做傅里叶变换得出频域信号：

然后对频域信号进行归一化，得到实时频域特征X_norm(k)：