余明慧 - 201307005 - 基于分布式光纤传感的周界警戒系统关键(10)

武汉工程大学硕士学位论文

图3-13 原始信号自相关函数

3.4.3最大最小能量比值VI

当外部环境在弱干扰作用下长时间的变化时，可以通过计算最大和最小能量的比值来区分干扰信号，对于不同的入侵行为，其值是不同的，如当系统是风扰动效应时，反应系统的信号弱，系统信号能比其他人的能量入侵小，而且噪声能量比安静条件大因此，可以通过计算此时比值的大小就能有效的将入侵信号进行区分。设x(n)为输入序列，

Apeak?maxx(n)为该信号序列的最大值，信号的峰均比可以表示为：

Rpav??ik?jk1?0?02maximinj (3-3)

其中，K1、K2分别为在该时间段最大值和最小值的比例统计的总的点数。当外界有短时间的较强信号的干扰时，此时比值较大；而当输入序列含有较高的脉冲时，此时得到的比值参数比较大。图3-14是用Labview软件编写的比值计算的部分仿真图。

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第3章 数据采集与模式识别技术研究

图3-14 比值计算VI

3.4.4峰值统计VI

光纤的峰值数目受外界干扰影响，光纤的功率是通过检测的峰值操作可以得到在这个时候有一个数量的峰值；当外部干扰是连续的，该系统将一直处于高水平状态，通过检测的峰值操作可以得到在这个时候有一个峰值。LabVIEW中“过阈值的峰检测”可以实现峰值的检测和统计。

图3-15 阈值检测VI

3.5仿真结果与分析

由于条件限制而无法获取外界入侵信号，根据上文对典型信号特征的分析，利用Labview软件中虚拟信号发生器来模拟入侵信号。 图3-17用脉冲序列与噪声信号叠加并配置合适的参数来模拟产生人为入侵干扰；图3-19用均匀白噪声来模拟微风细雨干扰；图3-21用sinc信号与均匀白噪声叠加来模拟动物的攀爬干扰；图3-23直流波与周期性噪声叠

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加来模拟产生周期性较弱的机械干扰。观察系统在这四种作用力下的响应特征，然后计算它们各自的特征值。

图3-16 认为入侵干扰仿真程序

图3-17 人为入侵干扰

图3-18 微风细雨干扰仿真程序

图3-19 微风细雨干扰

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第3章 数据采集与模式识别技术研究

图3-20 动物攀爬干扰仿真程序

图3-21 动物的攀爬干扰

图3-22 周期性机械干扰仿真程序

图3-23 周期性较弱的机械干扰

根据虚拟仪器的设计，可以得到信号的最终比例、平均力幅值、峰值数目和自相关特性，利用信号特征值，可以快速准确地得到报警系统的具体类型。表3-1是分布式光纤周界警戒系统在上述四组典型类型信号作用下时域上的特征值。

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表3-1 四种信号时域上的特征值

信号特征值 人为入侵干扰 微风细雨干扰 动物攀爬干扰 周期性机械干扰

平均作用力幅度 自相关 峰均比 峰值个数

15 2 3 5

无 无 无 有

150 4 11 37

3 0 1 9

将表3-1中四种典型信号时域上的特征值与理论上分析的几种信号的响应特征值进行比较，可以知道这种算法是可行的。 3.6本章小结

对分布式光纤传感的周界警戒系统用时域分析法分析了人为入侵的干扰、微风细雨的干扰、动物攀爬的干扰、周期性的较弱的机械干扰这四种类型的外界入侵的时域响应特征值，并用Labview软件进行了仿真验证，证明了该算法是可行的。

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