基于光纖布喇格光柵智能周界安防方法及關鍵技術研究.pdf

1、周界安防是保護重要設施和資產的第一道防線，高效的周邊安全技術和方法可以更好的消除或減少來自外界的威脅。隨著社會的不斷發(fā)展，人們對于高效的安防需求越來越強烈，應用最廣泛、歷史最久的傳統(tǒng)的電類安防產品主要有紅外對射、泄露電纜、電子脈沖圍欄等，它們都是室外有源的，易受電磁干擾，容易受氣象、環(huán)境的影響，誤報率高，定址不準確，新興的光纖周界安防技術主要包括利用后向散射的光時域反射定位技術(ODTR)和基于干涉技術的光纖周界定位系統(tǒng)。ODTR對多點

2、入侵的定位分析復雜，很難準確定位，而基于干涉原理的周界技術由于是相位調制型，所以對入射光的偏振態(tài)和外界的影響比較敏感，誤報率高，精確定位也是其面對的難題。面對目前周界技術難以克服的難題以及安防市場的迫切需求，提出一種基于光纖布喇格光柵(FBG)傳感技術的周界安防方法。設計了周界安防FBG振動傳感單元，采用振動光纜建立光無源傳感網絡，實現多點入侵智能識別和精確定址的分布式監(jiān)測，具有室外無源、監(jiān)測距離長、抗雷擊電閃、抗電磁干擾、本質安全、體

3、積小、耐腐蝕等優(yōu)點，特別適合野外敷設，可以滿足各種復雜環(huán)境的周界防范應用，它是一種全新的周界安防方法，在國內外尚屬首創(chuàng)。
　　 本文對基于FBG周界安防的新方法以及關鍵技術方面做了深入的研究，主要研究工作如下:
　　 (1)提出了基于FBG傳感技術的周界安防新方法，結合現代周界安防對周界技術的總體要求，將FBG安防的關鍵技術以及擬解決的關鍵問題進行細化，給出了FBG應用到周界安防的總體的方法模型，按照從低到高的層次劃分為

4、物理層、實現層、算法層和應用層，分析了了每個層次的關鍵技術問題。從智能定址、智能感知、耐候性、降低成本等幾個方面詳細論證了實現這種方法的可行性。
　　 (2)為了深入探討周界入侵行為與FBG感知信息的內在關系，根據FBG傳感原理，特別是FBG波長與溫度和應變的關系，結合單質點彈性繩振動理論，設計了一種基于FBG振動傳感的數學模型，并對結構模型進行了理論分析與計算，得到各個結構參數對整個系統(tǒng)的振動位移和固有頻率影響的一般關系。根據

5、分析結果，設計相關實驗方案，建立實驗裝置，實驗結果驗證了模型計算的正確性，并且同時確定了傳感單元的具體結構參數，通過封裝等方式進一步提高了傳感的性能，滿足了周界安防對傳感單元性能參數的要求。
　　 (3)在FBG傳感單元的基礎上，提出了將“準全同FBG振動安防”的新概念應用到區(qū)域安防中，每個區(qū)域安防采用同一波長FBG振動傳感單元，可實現對每個防區(qū)精確定址，在現有解調能力的情況下，擴充了傳感網絡中每個光路的容量，分析了準全同振動監(jiān)

6、測實現安防的方法理論與實際的可操作性，通過實驗驗證，雖然準全同傳感器在使用的過程中會有不同程度的靈敏度損失，但是仍然滿足周界安防對傳感單元的要求，實際可操作性強。
　　 (4)實現了基于FBG振動傳感的周界安全防范的分布式檢測。FBG振動傳感器是波長調制型，屬于點對點檢測。以往的各種FBG傳感器只能檢測傳感單元所在物理位置的參數信息，僅能通過密集傳感探測點而實現準分布式檢測。在這里我們要應用FBG振動傳感器實現周界安防的分布式檢

7、測，即在周界安防的任意一點發(fā)生入侵，系統(tǒng)都要對其做出響應，絕對禁止安防”盲點”的出現。這一點對于周界安全防范來說至關重要。但是對于FBG其它傳感器而言是不可能實現的。在FBG周界安防方法里，根據波分復用原理建立了FBG振動光纜光無源傳感網絡。通過設計不同安裝介質的處理方法與安裝方式，以實驗的方法給出每種安裝方式合適的傳感單元間距。實際應用驗證這種方法非常有效，而且真正實現了基于FBG振動傳感的分布式安防監(jiān)測。
　　 (5)安防技

8、術的另一關鍵技術就是如何提高安防的報警準確率。論文通過在時域內動態(tài)提取基準值、正確獲取入侵事件起點的方法，有效地將入侵可疑信號鎖定，通過時間片斷的劃分、統(tǒng)計、標注的方法，有效地屏蔽了環(huán)境溫度和外界干擾對系統(tǒng)的影響，在頻域內，應用快速傅里葉變換(FFT)，提出了單峰檢測法。此方法將時域預報警傳感信號進行快速傅立葉變換，通過與人為入侵信號進行分析對比，發(fā)現了傳感器自振的單峰現象，從而有效地濾除了由于外界振動干擾引起的傳感器自振誤報警，使得報

9、警準確率得到進一步的保證。
　　 (6)提出了一種基于時頻分析的新穎的周界安防入侵識別算法。通過分析人為入侵的信號頻率以及作用時間在信號時域上的反映，利用加窗傅立葉變換(STFT)的時頻分析方法，給出了相應的窗函數、窗長，從而確定了時間分辨率與頻率分辨率，利用時域峰值結合STFT時頻能量積分的方法進行入侵的識別。這種算法可以使得入侵事件的漏報率趨于零，同時大幅降低誤報率。
　　 通過本課題的研究將有效解決傳統(tǒng)周界防范領域