余明慧 - 201307005 - 基于分布式光纤传感的周界警戒系统关键(5)

第1章 绪 论

自从低损的光纤及其敏感特性被研发出来后，光纤传感器得到了迅猛的发展和广泛的应用。光纤传感器是光纤传输的基本原理，光波的振幅，相位、偏振和光波波长，受外部因素使一个或几个变化直接或间接的特征参数，通过解调对应的特征参数可以监控外部因素的变化，从而将光纤作为传感器来检测各种物理参数。

在国外，美国海军研究所(NRL) 是最早开始研究光纤传感器系统的。后来日本、法国、英国、德国[6]也开始重视光纤传感器并对其进行了研究。日本的主要是研究如何利用光纤不受强烈的电磁干扰、可以在易燃、强腐蚀等恶劣环境下工作的特点来检测光信息。美国主要是研究如何将光纤传感器应用于航空、水下、核电站等领域，如何将其应用在了大型土木工程桥梁和电力系统等民用方面。

在国内，1983年第一次全国会议上光纤传感器得到了重视。目前国内高校如复旦大学、华中科技大学、电子科技大学等研究了光纤传感器。光纤传感器的实用性比较强，因此在桥梁、管道检测等许多领域其中的一些传感器得到了很好的应用。但是由于我国在研究传感器方面比发达国家晚了很多，因此还是存在着很大的差距，由于市场要求较高很多光纤安防产品还达不到要求要求，因此在市场上还不能批量的应用。

在发达国家，从20世纪90年代中期关于周界警戒系统中应用光纤传感技术的研究就开始了。国外研究比较多一些的是基于 Sagnac[7] 的干涉型结构的传感以及将两种结构完全不一样的干涉仪组合在一起的传感器。目前只有一些科技发达的国家掌握了这种技术的核心，如美国、澳大利亚、以色列等。

澳大利亚的FFT（ Future Fiber Technolog）公司研发出了具有世界领先地位的光纤入侵检测和定位系统[9]。系统是基于M-Z干涉传感器技术的分布式光纤传感系统，系统的主要主要组成包括微应变检测传感器和定位装置，FFT公司研制的分布式光纤周界警戒系统 Secure Fence缺点是相位解调技术比较复杂，定位精度不高。优点是是能实现长距离的监测，且每个监控单元的光纤长度可达 80km，系统的误报率不大于3％、定位精度能能达到25m以下，报警准确的概率不小于95％[10]。

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武汉工程大学硕士学位论文

美国唯一一个通过军标认证的产品是由美国Fiber Sensys公司研发生产的光纤安全防护网络（FSN），90%以上的美国空军基地使用了该周界警戒系统进行安全防范。系统优点是防区有90，防区探测距离长，响应时间短。缺点是系统成本高、维护难。

以色列的Magel有限公司开发的Intelli-FIBER分布式光纤传感周界警戒系统有64个防区，其中每一个防区的最大探测距离可以达到1000米，系统响应时间最短为0.5秒，系统既可以单独布置防区也可以多个防区组合在一起布防[11]。

在国内，各大高校对光纤周界警戒系统的研究比较多些，例如一种基于Sagnac和M-Z干涉原理的定位技术就是上海复旦大学研究出来的

[12]

；华中科技大学研究出一种基于混合波分/时分复用的无源传感光网络

周界警戒系统，并实现了长距离大容量的监测 [13]；南开大学用时频分析法对M-Z干涉原理的分布式光纤振动传感系统进行分析，对外界各种入侵信号进行模式识别，从而实现对外界环境的智能感知[14]；北京交通大学研究出单光纤光栅和单光纤的周界安防系统，并实现了用单根光纤构成干涉来探测入侵行为与目标定位[15]。武汉理工大学的罗强等人利用 Sagnac 环干涉技术对光纤围栏系统进行单通道和四通道实验，通过在不同环境下的测量比较，找到了减少系统误报的方法[16]；电子科技大学的谢孔利等人基于高功率超窄线宽单模光纤激光（Φ-OTDR）技术设计的传感系统，定位精度可达±50米，测量范围14公里长[17]。在国内告警领域，分布式光纤周界报警系统得到了广泛的应用。如：工厂，港口，金融机构，军事基地等军事和民用领域。

虽然近年来,中国的光纤周界报警产品在短期内取得了良好的效果,但在快速发展的同时,也有许多缺点。主要表现为以下几个方面：（1）科研精力投入不够，自主创新性比较薄弱；（2）价格和误报率都偏高；（3）产品不能在任意环境下使用。 1.2.3光纤周界警戒系统发展趋势

最近几年来，随着国内外安防相关技术的迅速发展和市场需求的不

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第1章 绪 论

断增加，周界安防越来越受到重视。其中，在安全防范领域数字图像处理技术、计算机网络通信技术、智能警戒技术和人工智能技术等得到了广泛的应用。目前，国内安全防范行业主要向着数字化、智能化、网络化等方向发展[18]。 （1）数字化

现代安全防范系统对探测到的图像质量和清晰度都有比较高的要求，而传统的安防视频监控产品仍然采用的是功能和图像分辨率都很单一的模拟摄像机，因此无法满足需求。随着信号的采集、传输、处理和显示技术越来越成熟，数字IP相机逐渐取代了传统的模拟摄像机。与模拟摄像机相比IP摄像机无论图像质量还是图像分辨率都要高得多。因此，传统的由模拟同轴电缆来输入来得到视频和音频信息的方法将不会再被采用，数字化的安全防范产业技术将是通过各种IP网络来完成的。 （2）智能化

智能安防系统打破了传统的思维，使光纤报警产品有了更多的应用领域。如，网络视频监控系统中就使用了智能安防系统。由于物联网和互联网发展迅速，安防行业市场需求也越来越大。在未来，安全防范产业必将是物联网这个大平台下的“万物”之一。通过智能传感器芯片将信息进行及时传递，让人类与物联网得到实时的交互，给人们带来的新安防时代既安全又智慧。 （3）网络化

光纤周边报警产品分为两个层次：一是集中型的网络安全系统结构，有利于设备的合理配置和资源的充分共享，是未来安全系统的重要发展方向之一。另一个是安全防范行业服务的网络化，网络信息服务技术随着网络技术的迅猛发展也在不断增强，这项技术不仅突破了行业的定义，而且冲破了地域的界定，为企业的发展奠定了基础。以服务质量为特征的概念也将伴随着周界安防市场的发展而形成。

光纤周界报警系统具有比较高的可靠性、灵敏度和性价比高等的许多优点而成为了周界安防领域中最具有前景的产品类型。但是如何在各种复杂的外界环境下保证系统可靠性等一些问题还没有得到解决。如果

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武汉工程大学硕士学位论文

将这些问题解决了，光纤周界警戒产品将会创造更大的经济效益及社会价值[19]。

1.3论文主要内容安排

本文主要对模式识别技术和系统定位技术进行深入研究。论文章节安排如下：

第一章重点阐述该研究课题的研究背景，分析周界警戒系统国内外研究现状，并与传统安防系统进行比较。探讨分布式光纤周界安防系统未来发展趋势。

第二章构建分布式光纤周界警戒系统结构并分析其工作原理及系统特点。对分布式光纤周界警戒系统主要的五个关键技术进行简要的分析。

第三章着重研究分布式光纤传感周界警戒系统的一个关键技术：模式识别技术。用时域法分析分布式光纤振动传感系统对外界人为的入侵干扰、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典型类型作用信号的响应特征，并用Labview软件进行仿真验证。

第四章研究分布式光纤传感周界警戒系统的另一个关键技术：系统定位技术。在分析研究几种干涉型光纤定位技术的基础上采用双M-Z 干涉技术对系统进行定位结构的设计，并对定位系统的重要参数 …… 此处隐藏：2085字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……