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光纤围栏作为光纤传感领域中一个新兴的应用方向和备受关注的前沿课题,对它的研究有着重要的理论价值和实际意义。本文主要研究了光纤围栏中入侵的检测与精确定位和入侵类型的准确判断这两项关键技术。
在入侵检测与定位方面,本文首次提出了直线式Sagnac干涉仪结构的入侵检测与定位系统。通过实验证实了人行走引起的干涉检测系统的输出是宽频信号,因此可以利用求陷波频率的方法进行定位。通过对余弦嵌套函数的频率特性分析发现,在特定条件下,余弦嵌套函数的频率是未嵌套函数频率的两倍。而入侵引起的干涉输出信号与入侵信号正好满足这一关系。因此,可以利用这一倍频关系,直接由干涉输出信号的陷波频率换算得到入侵信号的陷波频率,不必再用PZT调制器和繁琐的相位生成载波技术对入侵信号进行解调。Matlab软件仿真计算证明了该方法的可行性。把噪声信号驱动的PZT调制器串接进传感光纤来模拟入侵,在接收端使用Labview软件和数据采集卡采集数据,对本文提出的入侵检测与定位系统进行了实验室模拟实验。经过多次实验,在11km左右的传感光纤上得到了平均135m的定位精度,平均定位误差为1.2%,表明利用本文提出的获取陷波频率的方法,该系统能很好地定位。
在入侵类型的准确判断方面,本文提出了基于步态特征的行人入侵信号识别方法。人行走引起的振动信号具有间断性、周期性出现的特征,这显然是人的步态特征的反应,而且这些特征与动物或自然环境引起的信号特征有着显著不同。因此,可以利用这些特征,对人和其他生物的入侵信号以及一些不具有步态特征的非生物信号或随机干扰信号进行分析、辨别,识别出真正的入侵信号,降低系统的误报率。利用直线式Sagnac干涉系统进行模拟入侵实验,区分了随机干扰信号与行人入侵信号的不同;对两种不同的传感光纤铺设状况下,不同动作的行人引起的干涉输出信号进行了分析,总结了不同步态状况下行人的入侵信号特征。结合相敏光时域反射技术测得的行人入侵实验结果,证实了基于步态特征的入侵信号识别方法的可靠性。