一种光纤振动检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤振动信号测量与随机信号处理技术领域，特别是涉及一种基于序 贯概率比SPRT的光纤振动检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 被称为城市"生命线"的地下管线错综复杂，在方便城市生活的同时，也会因施工 不当、监管不利等存在很大的安全隐患，可能造成巨大的人员和财产损失，甚至称为当地居 民的"夺命线"。因此，地下管线的安全预警尤为重要，是当前研究的重点之一。
[0003] 目前应用的探测报警系统主要有以下几种方式：电子脉冲式围栏、微波墙式报警 器、主动红外报警器、泄露电缆式周界探测报警系统、驻极体振动电缆报警系统和光纤传感 器周界报警系统。与电传感器报警系统相比，光纤传感器在传感网络应用中具有非常明显 的技术优势：在不需要任何户外有源器件（不需供电）的情况下能够提供长达100公里距 离的安防监控，不受地形的高低、曲折、转弯、折弯等地形环境限制，打破了红外线、微波墙 等只适用于视距和平坦区域使用的局限性。因此，利用光纤测量振动成为管道预警系统研 究的主要方法。然而，如何对光纤检测信号进行合理有效地分析，建立什么样的事件模型才 更更为有效，成为研究中的一大热点和难点。
[0004] 现有的光纤振动信号处理还存在明显的不足，其设计思路一般是直接检测的方 法，将检测到的信号直接传送到显示器，将杂波和噪声的幅度变化同时显示出来，对目标信 号的检测能力由操作员对显示器的监视决定。如图1所示，为现有的光纤振动信号处理流 程，研究工作集中在特征提取领域，提取信号的幅度特性，并将提取到的特性与门限比较， 根据比较结果进行报警，这种方式误差大、报警不准确。并且，单级报警不能兼顾虚警和检 测两方面的性能。
【发明内容】
[0005] 本发明主要解决的技术问题是提供一种基于SPRT的光纤振动检测方法及装置， 能够降低虚警概率，并提高检测概率。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光纤振动检测方 法，所述方法包括：利用预先建立的虚警概率模型、检测概率模型以及过零检测模型对接收 到的光纤振动测量序列进行振动信号检测，得到不同虚警概率对应的检测概率以及存在振 源和不存在振源时的振动信号的过零概率密度函数的比值，以提取疑似振源数据；其中，
限系数，N为样本个数，T = uQ/N为标称化因子，SNR为信噪比，fez为检测出振动信号的 过零率，H1为存在振源的假设，H。为不存在振源的假设，Det为检测出振动信号的假设， PHDet1H1)为存在振源时检测出振动信号的过零率fcz的概率密度函数，p(fczIDet，H。） 为不存在振源时检测出振动信号的过零率4的概率密度函数；实时地检测所述光纤振动 测量序列中当前振动信号的位置信息，判断是否侦测到新的位置信息；当侦测到新的位置 信息时，则计算所述新的位置信息的序贯概率比的初始值；根据虚警概率、检测概率以及存 在振源和不存在振源时的振动信号的过零概率密度函数的比值计算概率比增量；利用序贯 概率比检测模型以及所述序贯概率比的初始值和所述概率比增量确定序贯概率比；其中， 所述序贯概率比检测模型为L(k) =L(k_l) +AL(k)，k为观测的次数，AL(k)为概率比增
贯概率比不小于所述第一门限时，判断所述序贯概率比是否小于第二门限；当所述序贯概 率比不小于所述第二门限时，确定所述疑似振源数据为真实的振源；其中，所述第一门限为
[0007] 其中，当所述序贯概率比小于所述第一门限时，确定所述疑似振源数据不是真实 的振源，并删除所述疑似振源数据；当所述序贯概率比小于所述第二门限时，执行所述接收 光纤振动测量序列，并对所述光纤振动测量序列进行采样处理的步骤。
[0008] 其中，利用预先建立的虚警概率模型、检测概率模型以及过零检测模型对接收到 的光纤振动测量序列进行振动信号检测，得到不同虚警概率对应的检测概率以及存在振源 和不存在振源时的振动信号的过零概率密度函数的比值，以提取疑似振源数据的步骤具体 为：利用所述虚警概率模型和所述检测概率模型对所述光纤振动测量序列中的数据进行分 析，得到不同虚警概率对应的检测概率；以及利用所述过零检测模型确定存在振源和不存 在振源时的振动信号的过零概率密度函数的比值；以及利用所述不同虚警概率对应的检测 概率以及所述过零概率密度函数的比值对所述光纤振动测量序列进行检测以提取所述疑 似振源数据。
[0009] 其中，当没有侦测到新的位置信息时，利用所述序贯概率比检测模型以及所述序 贯概率比增量确定序贯概率比；其中，AL(k) =ln[l_Pd]。
[0010] 其中，所述光纤振动测量序列包含的数据包括信噪比、位置信息和过零率。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种光纤振动检 测装置，所述装置包括：信号处理模块，利用预先建立的虚警概率模型、检测概率模型以 及过零检测模型对接收到的光纤振动测量序列进行振动信号检测，得到不同虚警概率对 应的检测概率以及存在振源和不存在振源时的振动信号的过零概率密度函数的比值，以
定虚警概率处理后的检测门限系数，N为样本个数，T=U(]/N为标称化因子，SNR为信噪 比，4为检测出振动信号的过零率，H1为存在振源的假设，H。为不存在振源的假设，Det为检测出振动信号的假设，P(LlDetj1)为存在振源时检测出振动信号的过零率4的 概率密度函数，p(fjDet，H。）为不存在振源时检测出振动信号的过零率f。,的概率密度 函数；第一检测模块，实时地检测所述光纤振动测量序列中当前振动信号的位置信息，判 断是否侦测到新的位置信息；计算模块，用于当所述检测模块侦测到新的位置信息时，计 算所述新的位置信息的序贯概率比的初始值，根据虚警概率、检测概率以及存在振源和不 存在振源时的振动信号的过零概率密度函数的比值计算概率比增量，以及利用序贯概率 比检测模型以及所述序贯概率比的初始值和所述概率比增量确定序贯概率比；其中，所 述序贯概率比检测模型为L(k) =L(k_l) +AL(k)，k为观测的次数，AL(k)为概率比增
:判断模块，用于判断所述计算模块计算得到的所述 序贯概率比是否小于第一门限，以及当所述序贯概率比不小于所述第一门限时，判断所述 序贯概率比是否小于第二门限；第二检测模块，用于当所述判断模块确定所述序贯概率 比不小于所述第二门限时，确定所述疑似振源数据为真实的振源；其中，所述第一门限为
，a为虚假事件被确定的概率，b为真实事件被
P(H1)预先设定，P(H0)~1〇
[0012] 其中，所述第二检测模块还用于当所述判断模块确定所述序贯概率比小于所述第 一门限时，确定所述疑似振源数据不是真实的振源，并删除所述疑似振源数据；当所述第二 检测模块判断所述序贯概率比小于所述第二门限时，对所述疑似振源数据不作处理。
[0013] 其中，所述信号处理模块用于利用所述虚警概率模型和所述检测概率模型对所述 光纤振动测量序列中的数据进行分析，得到不同虚警概率对应的检测概率；利用所述过零 检测模型确定存在振源和不存在振源时的振动信号的过零概率密度函数的比值；以及利用 所述不同虚警概率对应的检测概率以及所述过零概率密度函数的比值对所述光纤振动测 量序列进行检测以提取所述疑似振源数据。
[0014] 其中，所述第二检测模块还用于当所述侦测模块没有侦测到新的位置信息时，利 用所述序贯概率比检测模型以及所述序贯概率比增量确定序贯概率比；其中，AL(k)= In[I-Pd]。
[0015] 其中，所述光纤振动测量序列包含的数据包括信噪比、位置信息和过零率。
[0016] 本发明提供的一种光纤振动检测方法及装置，通过对接收到的光纤振动测量序列 进行采样处理，利用预先建立的振动信号检测模型对所述光纤振动测量序列进行振动信号 检测，以提取疑似振源数据；以及利用序贯概率比检测模型对所述疑似振源数据进行检测， 实现确认所述疑似振源数据是否为真实的振源。本发明通过过零检测模型和序贯概率比检 测的关系，提出一种多级振源检测算法，振源检测的速度大大提高，也使虚警率稳定在一个 可控范围内，同时提高对微弱振源的检测能力。
【附图说明】
[0017] 图1是现有技术中光纤振动检测方法的流程示意图；
[0018]图2是本发明一实施方式中的光纤振动检测方法的流程示意图；