[发明专利]基于瑞丽散射的过零检测方法在光纤水听系统中的应用

说明书

本发明公开了一种基于瑞丽散射的过零检测方法在光纤水听系统中的应用。其中，该方法包括：采集终端采集水下声源振动信号；识别终端对进行特征量提取，根据过零检测方法对目标声源的背景噪声进行过滤，并得到所述声源的振动信号。通过上述方式，本发明能够利用基于瑞丽散射的光纤水听系统实现智能识别水下音频信号，准确识别目标振源信息。

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，特别是一种基于瑞丽散射光纤水听系统的过零检测方法。

背景技术

分布式光纤振动传感系统具有抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、灵敏度高以及可以实现大范围超长距离的实时监测。可部署于周界、长输管线、淡水、海水等各种复杂环境。

而在海水中声波作为一种机械波,可以在海水中进行远程能量传递,而其他类型的能量场在水中衰减很快,如以无线电波和光波为代表的电磁场.因此,至少从目前看来,还没有出现能够威胁到声场优势地位的技术,声场仍然是海洋深层信息收集、传递和处理的最重要形式。水听器作为水下声波的接收设备是水声学最重要的声学测量仪器。

光纤声传感器具有灵敏度高、隐蔽性好、抗电磁干扰以及结构元件无金属化等优点，在工业、军事、医疗等领域都具有广泛的应用。光纤传感器是继光纤通讯获得成功之后,迅速发展起来的一种新型传感器,与其他传感器相比,除了具有先天抗电磁干扰能力强、体积小、设计简单、灵敏度高、光纤本身低损耗和耐腐蚀、耐高温、高压、安全可靠等优点外,它在温度、位移、压力、速度等物理量的测量中具有独特的性能。光纤水听器作为一种水下声波信号探测的换能器,以其独特的优势受到军事反潜、海洋石油勘探、地震波检测等领域的高度重视。新型的光纤水听器克服了传统水听器带宽低、易受电磁干扰、易老化等间题,已经显示出逐步取代传统的压电型或薄膜式水听器的趋势。光纤水听器基本上可以分为基于干涉、极化旋转效应和光强度调制等几大类。前两者探测灵敏度不高，并且干涉型水听器一般需要一根参考光纤,这个参考光纤往往又成为了潜在的噪声源,并受环境温度等的干扰。此外,干涉型光纤水听器结构复杂、价格也比较高。而由于结构简单、成本低廉和目标声源识别准确高效，基于瑞丽散射的强度型光纤水听器正逐渐成为热点。

本文提出了一种新颖的、基于单模光纤水听系统的过零检测方法。能够有过滤噪声、准确识别目标声源。该方法性能优越、运算量低、检测速度快。避免了一些现代信号处理方法，如融合检测与神经网络等由于功耗较大，难以应用的弊端。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于瑞丽散射的光纤水听声源过滤检测法，能够有效过滤复杂背景中目标辐射噪声，实现智能识别水中的目标声源，提高识别准确率。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光纤水听系统中的声源过滤检测方法，包括：采集终端获取水中声源信号并转换为光纤振动信号；运用比特量化进行振动特征量提取，设计了过零检测方法分析概率分布密度函数，根据奈曼-皮尔逊(neyman-pearson, np)准则得出了接收机工作特性(roc)曲线，并将其检测性能与能量检测、功率谱检测作了比较，从而在水中复杂背景下的声源过滤、识别、提取，得到目标声源的有效振动数据。

其中，所述采用比特量化的方法，包括：它通过计算单位时间内限带输入噪声波形过零点数的变化来检测微弱信号。过零点数的均值与噪声的功率谱密度函数的形状有关，但对噪声幅度的变化不敏感。如果一个新目标声源的出现引起噪声功率谱形状的变化，则噪声波形的单位时间过零点数也发生变化。这种性质很适合于噪声功率谱中出现线谱分量的预报，本质上是无a/d数字处理系统。过零检测器原理如图2所示。

其中，所述分析的概率密度函数。当所述光纤振动信号经过当被分析的样本长度远大于带宽的倒数，则干扰背景噪声和目标辐射噪声的单位时间过零点数均可视为趋近高斯分布目标出现前后，单位时间过零点数均值为