余明慧 - 201307005 - 基于分布式光纤传感的周界警戒系统关键(8)

武汉工程大学硕士学位论文

的方法比较多，光纤相位调制信号的解调技术也得到了迅猛的发展 [32-36]。主要分为零差解调法和外差解调法。表2-4比较了不同解调方法的优缺点

零差解调方法分为主动零差法和外差零差法，是指信号光纤臂和参考光纤臂的输出光频率差为零。主动零差法又称为相位跟踪试验[37-39]。外差解调方法指的于零的频率差异参考光解调方法是信号光和是不等。外差解调方法分为经典外差法和合成外差法。其缺点是当光器件插入时会对光纤产生不良的影响，且系统功耗大。

表2-4 解调方法比较

解调方法 主动零差法 被动零差法 经典外差法 合成外差法

有无反馈系统 有 无 无 无

传感器是否有源 无 有 有 无

系统

是否需要

信号的

复杂程度 特殊干涉仪 失真性

低 低 中 高

否 否 否 否

好 差 差 差

2.3.5系统探测距离技术

系统最大可探测距离会受到单位距离光损耗、光纤长度、光源功率、各种器件连接损耗、探测器灵敏度等诸多因素的影响。其中，光功率的大小是影响系统探测距离的最主要的因素[40]。系统最大探测距离与系统光功率之间有如下关系：

单位距离光损耗×光纤长度＝输入功率－各种连接损耗－探测器灵敏度

通过上面的公式关系可以得知，系统的最大探测距离与输入的光功率成正比，与连接损耗和探测器的灵敏度成反比。其中：

1dBm）?10?log （p(mw) （2-12） 1(mw)

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第2章 系统原理、组成及关键技术

2.4本章小结

这里主要对分布式光纤周界警戒系统工作原理及各模块功能进行了阐述。重点研究了分布式光纤传感技术、定位算法技术、事件模式识别技术、信号解调技术、系统最大可探测距离这几个关键技术。为下一步系统的设计提供依据和思路。

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第3章 数据采集与模式识别技术研究

第3章 数据采集与模式识别技术研究

分布式光纤振动传感器的信号采集与模式识别是系统关键技术之一。这里将分析分布式光纤振动传感系统对外界各种干扰信号的响应特征并进行仿真验证。 3.1 LabVIEW介绍

LabVIEW语言和C语言和BASIC语言的区别较为明显[41-43]：①LabVIEW使用数据流编程，数据流框图程序由LabVIEW VI程序模块和功能节点之间在命令决定，而其他文本编程语由语句和指令的来言程序的语执行顺序决定；②C语言是以程序的形算机一样的控制式C语言是一种基于文本，而LabVIEW，是一种图形化写框图和BASI的编辑语言；③LabVIEW没有和言来生成代码其他计面板，它是采用可视化的软面板来替代常规的控制板。 3.2数据的采集 3.2.1数据采集卡原理

图3-1所示是数据采集卡的工作原理。当系统开始启动数据采集后，采集卡会将采集到的原始数据存储到采集卡自带的硬件缓存中，当该缓存中的数据量达到了用户所设置的要求时会一次性读取数据量的大小，这时候原始信号通过采集设备的USB接口传输给计算机，信号解调部分对采集到的信号进行解调处理，然后报警算法会对解调后的结果进行相应的处理，判断是否有入侵信号，并对入侵信号类型进行模式识别。

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图3-1 数据采集模块工作原理图

3.2.2 数据采集模块程序

分布式光纤入侵报警信号类型识别算法主要包括时域分析和频域分析和小波分析[44-45]，在本节将用时域分析法分析几种典型干扰信号的响应特性，并验证干扰。

系统通过Labview软件设计作用力的平均幅值、自相关、最大最小能量比值、峰值统计等程序模块VI来准确地识别和区分出外界入侵信号，从而降低了系统的误报率。图3-2所示是信号处理的框图。

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