专利名称：一种光纤光栅周界防入侵系统及其报警方法
技术领域：
本发明属于光纤周界安防技术领域，涉及用于光纤光栅周界防入侵系统的数据处理方法与报警信号输出流程。
背景技术：
近年来，随着光纤光栅传感技术的飞速发展，基于光纤布拉格光栅振动传感技术的周界安防系统正在被越来越多的用户使用。光纤光栅周界安防系统采用光纤光栅振动传感器作为传感单元，同时集成了高速光纤光栅波长解调、高速光纤通信、实时视频信息显示、现代数字信号处理及大容量数据存储等多项先进技术；该光纤周界安防系统能够在大范围内实现对非法入侵行为的精确定址，更兼具现场无源防爆、耐候防雷、长使用寿命、高灵敏度、安全可靠等技术优势，在工程应用中收效良好，具有广阔的市场前景。但正是由于光纤光栅传感技术的高灵敏度优势，使得系统在现实中复杂的安装环境下运行时极易发生误报，例如大风、降雨、车辆运行、轨道交通、小动物活动、海浪潮汐等因素都极易触发系统产生误报，进而降低了系统的实际使用效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光纤光栅周界防入侵系统及其报警方法，本发明灵敏度高，报警性能好，并且误报率较低。一种光纤光栅周界防入侵系统，包括相连的现场光纤探测设备和控制设备，现场光纤探测设备包括复数路探测通道，每路探测通道包括级联的光纤震动探测器，控制设备包括相连的光纤光栅信号解调器和报警管理计算机，探测通道依次通过传输光缆、光纤终端盒与光纤光栅信号解调器相连。所述的系统，该系统还包括可扩展设备，可扩展设备包括扩展光纤光栅信号解调器和网络交换机，扩展光纤光栅信号解调器与光纤光栅信号解调器相连，扩展光纤光栅信号解调器还外接扩展探测通道，网络交换机与报警管理计算机相连。所述的系统，可扩展设备还包括硬盘录像机，硬盘录像机通过继电器输出板与报警管理计算机相连。所述的系统，每路探测通道均与光纤接续盒相连，复数个光纤接续盒级联后接至传输光缆。一种光纤光栅周界防入侵系统的报警方法包括首先对光纤光栅波长基准值进行更新；然后针对光纤光栅信号解调器接收到的波长序列进行时域处理，分辨光纤震动探测器的运行状态，若所述探测器运行状态正常且捕捉到异常信号，则进入预报警状态；对预报警状态下的异常信号的波长信息进行频域分辨，保留有效的非法入侵行为信息，完成报警过程。所述的方法，对光纤光栅波长基准值进行更新的方法为S11)解调仪表异常数据处理检查光纤光栅信号解调器的仪表数据是否异常(当波长变化量超过400pm时称为异常仪表数据)，若有异常则通过报警管理计算机上的上位机软件过滤掉这些异常数据并向仪表发送代表错误的指令，仪表收到指令后根据指令所表达的错误类型进行解调仪表自检；S12)光纤光栅基准波长实时校准若所述防入侵系统处于平稳状态下时，上位机软件从光纤光栅信号解调器采集平稳状态下的N秒内波长数据并进行取均值运算，运算结果作为校准后的基准波长；若所述防入侵系统处于报警状态时，停止实时校准过程；若超过固定的时间间隔T(图4中的20s)，基准波长仍未得到校准，则进入下一步；S13)光纤光栅中心波长强制校准上位机软件选取临近时间段内(临近时间段的取值范围为100秒)的波长数据进行取均值运算，强制性更新波长基准值。所述的方法，对波长序列进行时域处理，分辨光纤震动探测器的运行状态的方法包括S21)创建先进先出型光纤光栅实时波长数据队列；S22)创建先进先出型时间片队列，获取一个时间片内的光纤光栅特征波长的变化信息，并写入实时波长数据队列；S23)计算出波长偏移值，如果波长偏移值大于阈值(典型阈值为70pm)且小于最大偏移量(典型值为400pm)，进入下一步；若波长偏移值大于最大偏移量，则返回步骤S22， 获取一个新时间片内的光纤光栅特征波长的变化信息；S24)若这个异常波长偏移值所处的时间点是该时间片中第一个异常值，则将此时间片做上异常的标记；S25)检测时间片队列是否已排满，若已排满则进入下一步，否则返回步骤S22获取一个新时间片内的光纤光栅特征波长的变化信息；S26)统计时间片队列打上异常标记的时间片数量，若满足策略条件则保存当前时间片队列，保存实时波长数据队列的数据，系统进入预报警状态；否则返回步骤S21。所述的方法，对异常信号的波长信息进行频域分辨完成报警过程的方法包括S31)输入时域预报警时的光纤光栅实时波长数据队列；S32)获取由步骤SU)计算得到的每个光纤光栅的基准波长数据；S33)计算实时波长与纤光栅波长基准值之间的偏移量；
S34)利用快速傅立叶变换算法计算波长偏移量的频域幅度值，得到频域的频段；S35)计算整个频段内的波长偏移量频域幅度值的平均值Ptl ；S36)将频段分成复数等份，计算每个等份内的波长偏移量频域幅度值的平均值 Fi, i取值范围不超过等份数；S37)判断每等份内的Fi与Ptl的大小关系，并将比较结果保存；S38)根据步骤S37得到的比较结果，判断入侵种类，若为无害入侵则屏蔽报警，否则进行完成报警过程。所述的方法，步骤S21的实时波长数据队列的长度为2000 ；步骤S22的时间片队列的长度为10，每个时间片记录300ms数据的异常状况；步骤幻6的策略条件为大于等于6 个时间片队列被标记为异常，并且距上次报警时间间隔大于策略值(典型值为30秒)。所述的方法，步骤S34的频域频段的范围为100Hz，步骤S36将频段分成20等份； 在步骤S37中，若Fi彡Ptl，则将该等份的频段能量标记为1，否则标记为0，然后将标记结果存入数组Q (i)中；步骤S38判断入侵种类的方法见下表1 表1波长信号的模式识别判别标准
权利要求
1.一种光纤光栅周界防入侵系统，其特征在于包括相连的现场光纤探测设备和控制设备，现场光纤探测设备包括复数路探测通道，每路探测通道包括级联的光纤震动探测器， 控制设备包括相连的光纤光栅信号解调器和报警管理计算机，探测通道依次通过传输光缆、光纤终端盒与光纤光栅信号解调器相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于该系统还包括可扩展设备，可扩展设备包括扩展光纤光栅信号解调器和网络交换机，扩展光纤光栅信号解调器与光纤光栅信号解调器相连，扩展光纤光栅信号解调器还外接扩展探测通道，网络交换机与报警管理计算机相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于可扩展设备还包括硬盘录像机，硬盘录像机通过继电器输出板与报警管理计算机相连。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的系统，其特征在于每路探测通道均与光纤接续盒相连，复数个光纤接续盒级联后接至传输光缆。
5.一种光纤光栅周界防入侵系统的报警方法，其特征在于包括首先对光纤光栅波长基准值进行更新；然后针对光纤光栅信号解调器接收到的波长序列进行时域处理，分辨光纤震动探测器的运行状态，若所述探测器运行状态正常且捕捉到异常信号，则进入预报警状态；对预报警状态下的异常信号的波长信息进行频域分辨，保留有效的非法入侵行为信息，完成报警过程。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对光纤光栅波长基准值进行更新的方法为511)解调仪表异常数据处理检查光纤光栅信号解调器的仪表数据是否异常，若有异常则通过报警管理计算机上的上位机软件过滤掉这些异常数据并向仪表发送代表错误的指令，仪表收到指令后根据指令所表达的错误类型进行解调仪表自检；512)光纤光栅基准波长实时校准若所述防入侵系统处于平稳状态下时，上位机软件从光纤光栅信号解调器采集平稳状态下的N秒内波长数据并进行取均值运算，运算结果作为校准后的基准波长；若所述防入侵系统处于报警状态时，停止实时校准过程；若超过固定的时间间隔T，基准波长仍未得到校准，则进入下一步；513)光纤光栅中心波长强制校准上位机软件选取临近时间段内的波长数据进行取均值运算，强制性更新波长基准值。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对波长序列进行时域处理，分辨光纤震动探测器的运行状态的方法包括521)创建先进先出型光纤光栅实时波长数据队列；522)创建先进先出型时间片队列，获取一个时间片内的光纤光栅特征波长的变化信息，并写入实时波长数据队列；523)计算出波长偏移值，如果波长偏移值大于阈值且小于最大偏移量，进入下一步； 若波长偏移值大于最大偏移量，则返回步骤S22，获取一个新时间片内的光纤光栅特征波长的变化信息；524)若这个异常波长偏移值所处的时间点是该时间片中第一个异常值，则将此时间片做上异常的标记；525)检测时间片队列是否已排满，若已排满则进入下一步，否则返回步骤S22获取一个新时间片内的光纤光栅特征波长的变化信息；S26)统计时间片队列打上异常标记的时间片数量，若满足策略条件则保存当前时间片队列，保存实时波长数据队列的数据，系统进入预报警状态；否则返回步骤S21。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对异常信号的波长信息进行频域分辨完成报警过程的方法包括531)输入时域预报警时的光纤光栅实时波长数据队列；532)获取由步骤SU)计算得到的每个光纤光栅的基准波长数据；533)计算实时波长与纤光栅波长基准值之间的偏移量；534)利用快速傅立叶变换算法计算波长偏移量的频域幅度值，得到频域的频段；535)计算整个频段内的波长偏移量频域幅度值的平均值Ptl；536)将频段分成复数等份，计算每个等份内的波长偏移量频域幅度值的平均值Fi,i取值范围不超过等份数；537)判断每等份内的Fi与Ptl的大小关系，并将比较结果保存；538)根据步骤S37得到的比较结果，判断入侵种类，若为无害入侵则屏蔽报警，否则进行完成报警过程。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于步骤S21的实时波长数据队列的长度为 2000 ；步骤S22的时间片队列的长度为10，每个时间片记录300ms数据的异常状况；步骤 S26的策略条件为大于等于6个时间片队列被标记为异常，并且距上次报警时间间隔大于策略值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于步骤S34的频域频段的范围为100Hz，步骤S36将频段分成20等份；在步骤S37中，若Fi彡Ptl，则将该等份的频段能量标记为1，否则标记为0，然后将标记结果存入数组Q (i)中；步骤S38判断入侵种类的方法见下表1 表全文摘要
本发明提供了一种光纤光栅周界防入侵系统及其报警方法，该系统包括现场光纤探测设备和控制设备，现场光纤探测设备包括探测通道，每路探测通道包括级联的光纤震动探测器，控制设备包括相连的光纤光栅信号解调器和报警管理计算机，探测通道与光纤光栅信号解调器相连；报警方法包括首先对光纤光栅波长基准值进行更新；然后针对光纤光栅信号解调器接收到的波长序列进行时域处理，分辨光纤震动探测器的运行状态，若所述探测器运行状态正常且捕捉到异常信号，则进入预报警状态；对预报警状态下的异常信号的波长信息进行频域分辨，保留有效的非法入侵行为信息，完成报警过程。本发明灵敏度高，报警性能好，并且误报率较低。
文档编号G08B13/02GK102521939SQ20111042397
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者刘简, 印新达, 李惠芳, 王越, 闫奇众, 陈园 申请人:武汉理工光科股份有限公司