光纖周界系統(tǒng)干擾信號識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，特別是涉及一種光纖周界系統(tǒng)的干擾信號的識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖周界系統(tǒng)是利用光纖作為傳感器實現(xiàn)分布式周界安防監(jiān)測的報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要傳感部件是光纖，這種設(shè)計獨特的光纖對運動、壓力和振動非常敏感。它可沿圍欄、圍墻鋪設(shè)來探測攀爬、敲擊等入侵行為，也可以鋪設(shè)在土壤、草坪下來探測踩踏等入侵行為。
[0003]光時域反射系統(tǒng)(opticaltime-domain reflectometer, 0TDR)是收集光纖中的后向瑞利散射光信息來測量光纖或環(huán)境物理量的儀器。分布式OTDR系統(tǒng)實現(xiàn)了長距離光纖傳感，同時獲得整個光纖長度上被測量的空間分布狀態(tài)隨時間變化的信息。偏振光在傳輸中偏振態(tài)的改變主要源于折射率的變化，即雙折射現(xiàn)象。雙折射分固有雙折射和感應(yīng)雙折射。固有雙折射是光纖在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的光纖材料各向異性；感應(yīng)雙折射是由光纖的形變、溫度變化、外應(yīng)力、外電磁場等因素產(chǎn)生的。在溫度、電磁場等相對穩(wěn)定的情況下，利用光纖傳輸中偏振強(qiáng)度對光纖位置敏感的特性，制成偏振光時域反射計。另一種相位光時域反射計是通過檢測反射偏振光的相位來收集振動信息。
[0004]偏振光時域反射計與相位光時域反射計相比，使用寬光譜入射激光，可以準(zhǔn)確定位干擾起點，但干擾能量會引起后續(xù)光纖的偏振強(qiáng)度的變化，使多點干擾的定位和干擾類型的判斷成為難點。但是，多點干擾源同時發(fā)生的情況是不可避免的，這個問題的解決能夠?qū)⒒趶?qiáng)度的分布式光纖傳感技術(shù)進(jìn)一步推向?qū)嵱没?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種能夠準(zhǔn)確識別光纖周界系統(tǒng)上的多點干擾信號的方法。
[0006]一種光纖周界系統(tǒng)干擾信號識別方法，其包括步驟:向光纖注入具有確定偏振態(tài)的光信號；根據(jù)所述光纖中的后向瑞利散射光得到偏振角；排列固定時間間隔的偏振角絕對差分-長度關(guān)系曲線，得到能量圖；根據(jù)能量圖及其二維小波譜圖，確定干擾及其位置和強(qiáng)度，識別干擾類型。
[0007]在其中一個實施例中，所述根據(jù)光纖中的后向瑞利散射光得到偏振角的步驟包括:將所述后向瑞利散射光分解成第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光和所述第二偏振光的振動方向垂直；計算所述偏振角，所述偏振角的大小為所述第一偏振光和第二偏振光的振幅比值的反正切值。
[0008]在其中一個實施例中，根據(jù)所述第一偏振光和所述第二偏振光的強(qiáng)度得到相應(yīng)的振幅。
[0009]在其中一個實施例中，將所述能量圖進(jìn)行染色得到彩色能量圖，對所述彩色能量圖進(jìn)行紋理分析確定干擾及其位置和強(qiáng)度。
[0010]在其中一個實施例中，所述偏振角絕對差分-長度關(guān)系曲線中的偏振角的值大于閾值時，判斷所述光纖受到干擾。
[0011]在其中一個實施例中，獲取所述閾值的步驟包括:當(dāng)所述光纖不受干擾時，獲取N個時間段中的偏振角的值；獲取所述N個時間段中的偏振角絕對差分值中的最大值M及方差S ;所述閾值為M+aS，其中a為靈敏度系數(shù)。
[0012]在其中一個實施例中，根據(jù)能量圖及其二維小波譜圖，采用聚類分析或/和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法識別干擾類型。
[0013]上述光纖周界系統(tǒng)干擾信號識別方法，利用光纖內(nèi)部傳輸?shù)墓庑盘柕钠駪B(tài)對外部干擾敏感的特征，當(dāng)受到干擾時，相應(yīng)的偏振角發(fā)生變化，根據(jù)能量圖及其二維小波譜圖能夠直觀的判斷出干擾的位置和強(qiáng)度，并能夠?qū)崿F(xiàn)多點干擾的檢測和識別。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的流程框圖；
[0015]圖2為本發(fā)明中的另一實施例的流程框圖；
[0016]圖3為實施例中的偏振角絕對差分-長度關(guān)系曲線圖；
[0017]圖4為實施例中的彩色能量圖；
[0018]圖5為實施例中的二維小波譜圖。
【具體實施方式】
[0019]請參考圖1，在此披露的光纖周界系統(tǒng)振動信號識別方法包括以下步驟:
[0020]SlOO:向光纖注入具有確定偏振態(tài)的光信號。
[0021]由于激光具有單色性好、相干性好、方向性好以及亮度高等優(yōu)異特性，在本實施方式中，光信號采用激光器發(fā)射的激光脈沖。在本實施方式中從激光器發(fā)射出的激光脈沖還可以分別經(jīng)過放大器放大和濾波器濾波后進(jìn)入起偏器，這樣經(jīng)過環(huán)形器注入光纖中的光脈沖就具有確定的偏振態(tài)。當(dāng)然，還可以由發(fā)光二極管來發(fā)出相應(yīng)的光信號。
[0022]光纖周界系統(tǒng)的光纖在本實施方式中采用鎧裝的通信光纜，它能夠保證在不受外界多變的氣候和惡劣環(huán)境的影響下，仍然能采集細(xì)小的干擾。當(dāng)光信號在光纖內(nèi)傳輸時，當(dāng)光纖沒有受到任何干擾或光的傳輸沒有變化，光信號的偏振態(tài)保持不變；當(dāng)光纖受到干擾時，運動、振動、壓力引起的光纖形變都會導(dǎo)致光信號被干擾從而產(chǎn)生偏振態(tài)的改變。
[0023]S200:根據(jù)光纖中的后向瑞利散射光得到偏振角。
[0024]在本實施方式中，環(huán)形器將會輸出光纖的后向瑞利散射光，每一個不同的時刻包含有光纖上對應(yīng)點的偏振信息。由于瑞利散射保持光的偏振態(tài)，因此當(dāng)光纖某一點受到干擾后，該點的后向瑞利散射光的偏振態(tài)也發(fā)生改變。
[0025]在本實施方式中，請參考圖2，步驟S200包括以下步驟:
[0026]S210:將后向瑞利散射光分解成第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光和第二偏振光的振動方向垂直。
[0027]在該步驟中，具體的，通過偏振分束器將后向瑞利散射光分解成兩路振動方向保持不變并且相互垂直的的偏振光，該兩路偏振光分別為第一偏振光和第二偏振光。當(dāng)后向瑞利散射光的偏振態(tài)發(fā)生改變后，第一偏振光和第二偏振光的振幅AjP A 2也均會發(fā)生相應(yīng)的變化。
[0028]S220:計算偏振角，偏振角的大小為第一偏振光和第二偏振光的振幅比值的反正切值。具體的，該步驟中得到的偏振角為Θ = tan(A1A2) ο
[0029]當(dāng)然，在步驟S210中，可以將將后向瑞利散射光分解成兩路振動方向不同的偏振光，該兩路偏振光的振動方向并不局限于相互垂直，也可以是不垂直的，只要這兩路偏振光的振動方向不相同即可。
[0030]計算偏振角時，并不局限于上述方法，還可以是直接計算后向瑞利散射光