采用小波变换的周界报警信号辨识
摘 要随着科学技术的不断发展和信息容量的快速增加，用光纤作为媒介的信息传递技术在和以导波原理的光纤传感器在各个领域上得到应用。基于光纤传感器的周界报警系统也得到了应用，它是一种新型的安全防护系统。安防系统是维护社会公共安全的基础,简称SPS。对比传统的安防系统，采用光纤技术的安防系统具有一些独特优点。例如，强大的电气绝缘，抗电磁干扰，强灵敏度，信号具有长距离的监测能力，具有较强的耐腐蚀性，抗爆炸力强，光路灵活。如今，研究的主要目的是增加检测的准确性。本文是为了提高目标识别度，以降低报错率为目的进行算法研究。首先是对比几种光纤传感器模型中优缺点，从中选择了M-Z干涉仪作为本论文的研究模型；然后采集探测器输出的电压信号进行电压信号识别；首先对信号进行小波选择，本文采用的是db8小波，通过小波对信号进行四尺度的分解并去噪处理，然后对小波细节系数实行单支重构，计算出各尺度下的小波细节系数能量大小，统计不同尺度下小波细节能量和，根据能量的分布不同，进行信号识别。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 周界安防系统简介 1
1.1.1 周界安防系统的价值 1
1.1.2安防的基本组成 1
1.2光纤传感器介绍 1
1.2.1光纤传感器的背景 1
1.2.2光纤传感器的工作原理 2
1.3 分布式光纤传感器介绍与应用 3
1.3.1分布式光纤传感器介绍 3
1.3.2分布式光纤传感器周界安防系统的应用 4
1.4.小波变换在周界报警系统的作用 5
1.5 论文的主要研究内容和结构 6
第二章 信号的检测模型 7
2.1干涉型光纤传感器的主要方案 7
2.2 MZ光纤传感器基本方案 10
2.3 光纤传感器的信号采集 12
第三章 小波变换在信号处理的应用 13
3.1小波变换在信号处理中的优势 13
3.2小波变换滤波对信号的处理 13
3.3对信号进行小波阈值去噪 14
3.3.1小波阈值消噪基本原理 14
3.3.2 阈值估计与处理 15
3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
.3.3 信号小波阈值消噪分析 15
3.4小波基的选择 16
第四章 信号特征提取与识别分析 18
4.1能量分布分析法 18
4.2信号特征向量获取 18
4.3数据分析 20
4.4扰动类型识别步骤 20
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 周界安防系统简介
1.1.1 周界安防系统的价值
现在，安全系统已应用于民用、商业和国防等领域。在军事机密、秘密建筑周边、大型机场、核电站、政府、监狱、铁路、风景名胜区、别墅、仓库、严格控制的区域安全体系中发挥重要作用。
传统式安全系统，其中包括设置围墙、围栏和铁丝网，或有专业人员进行站岗、防护和巡查。在科学技术的不断发展下，电子设备已被应用于安防系统，包括视频监控、微波场、红外辐射、电子围栏、机械压力检测等。为了提高检测的准确性，高级的用于各种地区的安全防护设计就变得尤其重要。
1.1.2安防的基本组成
安防系统由探测、传输、处理和报警模块构成。检测与感应安全防范地点的干扰来源是信号探测模块，一般是各类传感器组成；信号传输模块是将检测与感应的信号发送到信号的处理报警模块；信号检测和处理单元则是对信号分析、判断与处理。它可以发出警报以及提醒安防部门对蓄意入侵防范。
图11安防系统结构组织图
1.2光纤传感器介绍
1.2.1光纤传感器的背景
40年前，光纤传感器的原型就有了，经过科学的发展，它们现在变成某些特定场所的固有选择。光纤传感器优点有：灵敏度高、形状多样；可呈现不同物理信息（声音、压力、光强、电压等）；抗受能力强适应不同环境。与老式传感器对比，信息的介质是光，光纤为媒介，这样使其有一些独特优点，例如，强大的电气绝缘，抗电磁干扰，强灵敏度，信号具有长距离的监测能力，具有较强的耐腐蚀性，抗爆炸力强，光路灵活。现如今，光纤传感器运用到各类传感器之上，如水诊器，光纤陀螺，应变温度传感器以及生物和化学传感器。在光电器件和光纤传感器的不断研究发展下，各种新型的设备和光电器件在使用光纤传感器，光纤传感器逐渐普及。
1.2.2光纤传感器的工作原理
它的工作原理：光具有各种物理属性，在有外界物体碰撞光纤时会对光产生一定的影响，进入到调制器后，各种物理属性发生改变，被信号模块接受后，就可以得到各类参数，它们同程网调制信号。各种的探测地区，光纤传感器基本概况为三类，即点、分布式、准分布式传感器。如图12,13,14所示。光纤传感器包括信号解调技术、光纤结构技术和信号调制技术。相位调制使用双波干涉仪，如Sagnac， MachZehnder ，Michelson，而光纤光栅使用混合波形干涉仪。
图12点光纤传感器
图13分布式光纤传感器
图14准分布式光纤传感器
1.3 分布式光纤传感器介绍与应用
1.3.1分布式光纤传感器介绍
四十年前，就有人就对分布式光纤传感技术产生极大的喜爱,并在接下来的几年，进行了快速的研究与发展。科技的飞速发展下，光纤的在各个领域就展露锋芒。分布式光纤传感技术是一种最有前途的光纤传感技术。它具有以下特点。
a.唯一在分布式光纤传感系统中传感器件是光纤；
b.地区内的光纤的测量布局图取决于光纤安装条件；
c.由于系统的空间分辨率是有限的，它只在数量级，所以它只能通过观察平均值，如果它是需要找到一个更精确的范围；
d.它的空间的分辨能力和精准度是相斥的，并且难以成全两者，必须找到平衡点；
e.因为绝大多数的探测信号是非常弱小的，所以对信号的信噪比很苛刻；
分布式光纤传感技术，从信号的性质分为可以概括为以下几类：根据瑞利散射的光纤传感技术，根据喇曼效应的光纤传感技术，根据布里渊效应的光纤传感技术以及根据前向传输模祸合的传感技术。分布式光纤传感器传感原理可分为：相位型、偏振型、散射型、荧光型、微弯型等，其技术分布图如下图所示。
图15分布式光纤传感器原理框图
图16分布式光纤传感器所运用的技术分布图
1.3.2分布式光纤传感器周界安防系统的应用
最初的设计已经无法达到国家治安和社会治安和人民安全的刚需，增加的新研究和新类型在慢慢地渗透到安防系统，其中分布式光纤传感器安全体系，是被评为最佳的系统设计。
光纤传感器是使用光最为传感介质。那么，直接或间接地接触到光纤感知信号，分布式光纤传感系统可以精确地通过给定的触碰对象的位置和算出其形态。另外，光纤传感器鲁棒性很高，鲁棒性高，代表着系统可以在严峻天气下工作稳定，使用寿命长，设施维护方便，受到严峻环境，无线干扰率低，它也有很强的灵敏度和识别率和低误报率。在有干扰接触到传感光纤，光纤传感器会因为震动产生的光学信号变成电信号，并且沿光纤传输到处理系统，之后使用信号处理系统、信号分析系统的识别，识别信号系统判断是蓄意信号或者环境信号，然后给出对应的解决方式。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 周界安防系统简介 1
1.1.1 周界安防系统的价值 1
1.1.2安防的基本组成 1
1.2光纤传感器介绍 1
1.2.1光纤传感器的背景 1
1.2.2光纤传感器的工作原理 2
1.3 分布式光纤传感器介绍与应用 3
1.3.1分布式光纤传感器介绍 3
1.3.2分布式光纤传感器周界安防系统的应用 4
1.4.小波变换在周界报警系统的作用 5
1.5 论文的主要研究内容和结构 6
第二章 信号的检测模型 7
2.1干涉型光纤传感器的主要方案 7
2.2 MZ光纤传感器基本方案 10
2.3 光纤传感器的信号采集 12
第三章 小波变换在信号处理的应用 13
3.1小波变换在信号处理中的优势 13
3.2小波变换滤波对信号的处理 13
3.3对信号进行小波阈值去噪 14
3.3.1小波阈值消噪基本原理 14
3.3.2 阈值估计与处理 15
3
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.3.3 信号小波阈值消噪分析 15
3.4小波基的选择 16
第四章 信号特征提取与识别分析 18
4.1能量分布分析法 18
4.2信号特征向量获取 18
4.3数据分析 20
4.4扰动类型识别步骤 20
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 周界安防系统简介
1.1.1 周界安防系统的价值
现在，安全系统已应用于民用、商业和国防等领域。在军事机密、秘密建筑周边、大型机场、核电站、政府、监狱、铁路、风景名胜区、别墅、仓库、严格控制的区域安全体系中发挥重要作用。
传统式安全系统，其中包括设置围墙、围栏和铁丝网，或有专业人员进行站岗、防护和巡查。在科学技术的不断发展下，电子设备已被应用于安防系统，包括视频监控、微波场、红外辐射、电子围栏、机械压力检测等。为了提高检测的准确性，高级的用于各种地区的安全防护设计就变得尤其重要。
1.1.2安防的基本组成
安防系统由探测、传输、处理和报警模块构成。检测与感应安全防范地点的干扰来源是信号探测模块，一般是各类传感器组成；信号传输模块是将检测与感应的信号发送到信号的处理报警模块；信号检测和处理单元则是对信号分析、判断与处理。它可以发出警报以及提醒安防部门对蓄意入侵防范。
图11安防系统结构组织图
1.2光纤传感器介绍
1.2.1光纤传感器的背景
40年前，光纤传感器的原型就有了，经过科学的发展，它们现在变成某些特定场所的固有选择。光纤传感器优点有：灵敏度高、形状多样；可呈现不同物理信息（声音、压力、光强、电压等）；抗受能力强适应不同环境。与老式传感器对比，信息的介质是光，光纤为媒介，这样使其有一些独特优点，例如，强大的电气绝缘，抗电磁干扰，强灵敏度，信号具有长距离的监测能力，具有较强的耐腐蚀性，抗爆炸力强，光路灵活。现如今，光纤传感器运用到各类传感器之上，如水诊器，光纤陀螺，应变温度传感器以及生物和化学传感器。在光电器件和光纤传感器的不断研究发展下，各种新型的设备和光电器件在使用光纤传感器，光纤传感器逐渐普及。
1.2.2光纤传感器的工作原理
它的工作原理：光具有各种物理属性，在有外界物体碰撞光纤时会对光产生一定的影响，进入到调制器后，各种物理属性发生改变，被信号模块接受后，就可以得到各类参数，它们同程网调制信号。各种的探测地区，光纤传感器基本概况为三类，即点、分布式、准分布式传感器。如图12,13,14所示。光纤传感器包括信号解调技术、光纤结构技术和信号调制技术。相位调制使用双波干涉仪，如Sagnac， MachZehnder ，Michelson，而光纤光栅使用混合波形干涉仪。
图12点光纤传感器
图13分布式光纤传感器
图14准分布式光纤传感器
1.3 分布式光纤传感器介绍与应用
1.3.1分布式光纤传感器介绍
四十年前，就有人就对分布式光纤传感技术产生极大的喜爱,并在接下来的几年，进行了快速的研究与发展。科技的飞速发展下，光纤的在各个领域就展露锋芒。分布式光纤传感技术是一种最有前途的光纤传感技术。它具有以下特点。
a.唯一在分布式光纤传感系统中传感器件是光纤；
b.地区内的光纤的测量布局图取决于光纤安装条件；
c.由于系统的空间分辨率是有限的，它只在数量级，所以它只能通过观察平均值，如果它是需要找到一个更精确的范围；
d.它的空间的分辨能力和精准度是相斥的，并且难以成全两者，必须找到平衡点；
e.因为绝大多数的探测信号是非常弱小的，所以对信号的信噪比很苛刻；
分布式光纤传感技术，从信号的性质分为可以概括为以下几类：根据瑞利散射的光纤传感技术，根据喇曼效应的光纤传感技术，根据布里渊效应的光纤传感技术以及根据前向传输模祸合的传感技术。分布式光纤传感器传感原理可分为：相位型、偏振型、散射型、荧光型、微弯型等，其技术分布图如下图所示。
图15分布式光纤传感器原理框图
图16分布式光纤传感器所运用的技术分布图
1.3.2分布式光纤传感器周界安防系统的应用
最初的设计已经无法达到国家治安和社会治安和人民安全的刚需，增加的新研究和新类型在慢慢地渗透到安防系统，其中分布式光纤传感器安全体系，是被评为最佳的系统设计。
光纤传感器是使用光最为传感介质。那么，直接或间接地接触到光纤感知信号，分布式光纤传感系统可以精确地通过给定的触碰对象的位置和算出其形态。另外，光纤传感器鲁棒性很高，鲁棒性高，代表着系统可以在严峻天气下工作稳定，使用寿命长，设施维护方便，受到严峻环境，无线干扰率低，它也有很强的灵敏度和识别率和低误报率。在有干扰接触到传感光纤，光纤传感器会因为震动产生的光学信号变成电信号，并且沿光纤传输到处理系统，之后使用信号处理系统、信号分析系统的识别，识别信号系统判断是蓄意信号或者环境信号，然后给出对应的解决方式。
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