[发明专利]一种地埋式COTDR周界入侵报警系统及信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种地埋式COTDR周界入侵报警系统及信号处理方法。

背景技术

光纤周界安防产品按照安装方式可以分为挂网及地埋两种，探测原理主要有基于光纤干涉仪技术、光纤光栅振动传感技术等类型。地埋式光纤周界安防产品以其隐蔽性好、抗环境干扰能力强等优点在一些无法安装实体物理围栏(网)或围墙的场景具有较为广阔的市场需求。其中，专利光纤微振动传感器(申请号：201210584013.9)，基于马赫泽德干涉原理，提供了一种光纤微振动传感器，地音监听由于探测频带宽会导致误报率较高；专利地埋式光纤光栅型周界入侵探测器(申请号：201410373273.0)，基于光纤光栅传感原理，提供了一种地埋式光纤光栅型周界入侵探测器，但无法对入侵事件进行定位。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中误报率较高，且难以确定报警发生位置的缺陷，提供一种地埋式COTDR周界入侵报警系统及信号处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种地埋式COTDR周界入侵报警系统，包括沿布防区域边界设置的探测光缆，探测光缆中设置有传感光纤；布防区域边界处设置有倒梯形的沟渠，沟渠底部设置有石子层，石子层上方覆盖一层原土，探测光缆设置在石子层的中心位置；探测光缆一端连接有监测主机，监测主机包括强相干光源和光探测器，强相干光作为入射光脉冲从传感光纤的入射端注入，光探测器探测到的后向散射信号是传感光纤中各点返回到入射端的瑞利散射光相互干涉后的信号；监测主机实时监测后向散射信号的变化，根据后向散射信号的光强变化，判断布防区域边界发生振动的强度；根据入射光脉冲和后向散射信号之间的时间延迟，判断振动发生的位置。

进一步地，本发明的监测主机的采样频率为500Hz，最大探测距离为50km，分辨单元为10m。

进一步地，本发明的沟渠宽度为4-6m，深度为0.8-1.2m。

本发明提供一种权利要求1的地埋式COTDR周界入侵报警系统的信号处理方法，包括以下步骤：

S1、每隔特定周期，监测主机读取探测光缆链路中的全段数据，全段数据包括探测光缆各个位置的后向散射信号，对全段数据进行差分处理，并设置差分阈值，根据差分阈值判断发生扰动的位置；

S2、对超过差分阈值的扰动点对应的后向散射信号进行滤波，滤除低频噪声；

S3、对滤波后的信号计算信号特征；

S4、根据计算得到的信号特征进行模式识别，输出判断结果；

S5、事件区域判断：在空间距离上，对于输出相同判断结果的探测点，按照探测点间距划定是否为同一事件；在时间上，对于判断结果和影响位置相同的事件，认为是同一事件；

S6、报警事件输出。

进一步地，本发明的步骤S1中判断扰动位置的方法为：

强相干光作为入射光脉冲从光纤的入射端注入，光探测器探测到的后向散射信号是各点返回到入射端的瑞利散射光相互干涉后的结果，由于弹光效应，扰动位置区域内光纤的折射率及密度将发生变化，从而导致该区域后向瑞利散射光相位的变化，最终干涉结果将会引起后向瑞利散射光强的变化；通过探测后向瑞利散射光强的变化和入射脉冲与探测到的信号之间的时间延迟，定位扰动位置。

进一步地，本发明的步骤S1中对全段数据进行差分处理，并判断扰动位置的方法具体为：

读入全段的n秒数据，根据监测主机的采样频率P，最大探测距离S和分辨率单元长度L，得到全段矩阵；全段矩阵为P×n行，S/L列；将全段矩阵的每一行与前一行做差分运算，得到一个P×n-1行，S/L列的矩阵；再找到这个矩阵每一列的最大值，即得到一个1行，S/L列的矩阵，即全段的差分数据；比较差分数据和差分阈值的差值判断扰动发生的位置。

进一步地，本发明的步骤S1中差分阈值的设置方法为：

在无外界扰动的状态下，观察一段时间的差分信号，使差分阈值高于常态差分信号的数值范围。

进一步地，本发明的步骤S3中计算的信号特征包括：

时域信噪比：将一段滤波后数据取绝对值后，找到每个超过设定阈值的位置，计算此位置后n秒数值之和与前n秒数值之和的比值，再找到这些比值中的最大值，即为这段信号的时域信噪比；

时域能量：即滤波时域信号绝对值的平方和；

频段能量：数据经过fft后，将一个频段内的幅值累加得到，频段取90Hz至100Hz；

幅值最大频率：fft计算频谱，找到幅值最大的频率；