[发明专利]识别异物入侵的分布式光纤传感器及异物入侵信号感知处理方法

说明书

识别异物入侵的分布式光纤传感器及异物入侵信号感知处理方法，属于光学技术领域。技术要点：激光器的入射光经光纤耦合器一分成两路，探测光一路经过声光调制器、掺饵光纤放大器一、环形器一进入待测光纤，产生后向散射光，再经过掺饵光纤放大器二、环形器二进入滤波器，滤波器的反射端经过环形器二，与参考光一起入射到光纤耦合器二中，光纤耦合器二输出的拍频光，采用平衡探测器进行光电转化，数据采集单元采集信号并传入上位机。本发明方法采用基于支持向量机算法对入侵模式进行识别。首先采集不同入侵模式的信号进行特征提取与分类，形成训练的数据样本集，采用SVM算法进行训练，得出后续识别网络模型。本发明用于感知识别异物入侵事件。

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感器及信号感知处理方法，具体涉及一种识别异物入侵的分布式光纤传感器及异物入侵信号感知处理方法，属于光学技术领域。

背景技术

分布式光纤传感系统利用光纤作为传感媒介，可对光纤长度内的目标进行实时远程监测。Φ-OTDR(相位敏感光时域反射计，phase-sensitive optical time-domainreflectometer)系统，在实际应用中比传统的OTDR(光时域反射计，optical time-domainreflectometer)系统可探测更微弱的振动信号。

从Φ-OTDR技术发展的二十几年的时间里，随着光纤器件的不断发展和光纤技术的不断成熟，Φ-OTDR技术逐步向高空间分辨率、长距离监测、高频率响应等方向发展，但是之前的研究大多是在实验室内对PZT或Pencil break等振动信号的探测，外场入侵监测较少，也未对信号特征进行分析。在实际入侵监测系统中，外场环境比实验室内的环境复杂的多，例如风吹，地下生物的活动，以及土层的冻融效应都会对信号的稳定性造成影响。在众多因素的干扰下，能否准确探测并分辨出入侵者的不同的入侵事件是现在Φ-OTDR分布式光纤传感系统能否投入实用的主要问题。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，为了克服上述技术问题，本发明提供了一种识别异物入侵的分布式光纤传感器及异物入侵信号感知处理方法，从Φ-OTDR传感系统采集到的信号特征的角度出发，通过对多特征参量模式识别进行分析，分析出准确地异物入侵事件。

方案一：本发明提供了一种识别异物入侵的分布式光纤传感器，包括激光器、光纤耦合器一、声光调制器、掺饵光纤放大器一、环形器一、待测光纤、掺饵光纤放大器二、环形器二、光纤耦合器二、平衡探测器、数据采集单元、上位机、任意函数发生器和滤波器；

激光器的入射光通过光纤耦合器一分成两路，上支路作为探测光，下支路作为参考光；探测光一路经过受任意函数发生器控制的声光调制器，被调制成脉冲光，经过掺饵光纤放大器一进行放大，放大后的脉冲光从环形器一端口1经过端口2进入待测光纤后产生后向散射光，后向散射光再经过掺饵光纤放大器二进行二次放大；再从环形器二的端口1经过端口2进入滤波器，滤波器的反射端经过环形器二的端口3，与参考光一起入射到光纤耦合器二中，光纤耦合器二具有四端口，光纤耦合器二输出的拍频光，采用平衡探测器进行光电转化，最后通过任意函数发生器触发控制的数据采集单元采集瑞利散射信号，采集到的瑞利散射信号通过上位机进行分析和解调。

进一步地：所述激光器采用分布反馈式半导体激光器(DFB)。

进一步地：所述激光器采用可调谐光纤激光器。

进一步地：所述激光器是保偏光纤输出。

进一步地：所述光纤耦合器一的耦合比为95:5、80:20或50:50。

进一步地：所述滤波器为光纤光栅滤波器或可调谐滤波器。