光学 精密工程
2022, 30(13): 1591
1 中国电子科技集团公司 第三十四研究所, 广西 桂林 541004
2 中国人民解放军国防科技大学, 长沙 410073
相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)已广泛应用在防入侵检测、建筑结构的裂缝健康检测和管道检测, 但其准确性和抗噪性能还需要提高。提出了一种基于Φ-OTDR的智能识别系统, 该系统采用神经网络算法进行智能识别, 并对振动强度进行识别概率化处理。实验结果表明: 提出的系统能够准确识别并定位入侵行为, 定位精度达到5 m以内。
相位敏感光时域反射计 入侵检测 特征提取 phase-sensitive optical time domain reflectometer intrusion detection feature extraction
1 贵州大学现代制造技术教育部重点实验室, 贵州 贵阳 550025
2 贵州大学机械工程学院, 贵州 贵阳 550025
3 贵州大学公共大数据国家重点实验室, 贵州 贵阳 550025
为了提高入侵检测系统的准确率,提出一种基于乌鸦搜索算法的反向传播(CSA-BP)神经网络模型。BP神经网络是解决非线性问题的重要方法,但是其预测能力容易受到初始参数的影响。针对这一问题,将相对百分误差作为模型的目标函数,通过乌鸦搜索算法极强的全局搜索能力找到最优权值和阈值。然后,利用5组标准的数据集对CSA-BP模型进行验证。最后,将CSA-BP算法用于入侵检测系统,结果表明,该算法使入侵检测系统准确率更高,达到了96.6%,且加快了收敛速度。
图像处理 入侵检测 反向传播神经网络 乌鸦搜索算法 参数优化 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0610006
济源职业技术学院 教务处，河南 济源 459000
针对基于无线传感网络(WSN)的关键基础设施安全监测问题，提出一种基于数据融合阶段的自适应入侵检测算法。该算法以基于权重的簇化网络结构为基础，利用异常检测子系统和误用检测子系统分别检测已知攻击和未知攻击，然后通过跟踪2个子系统接收操作特征(ROC)和奖惩机制，自动调整转发至2个子系统的融合数据比例，即可实现在数据融合阶段对关键基础设施的自适应入侵检测。仿真分析表明：该算法的准确率和检测率高达99.6%和94.9%以上，与其他经典入侵检测系统相比，可分别至少提高0.5%和10.2%左右。
无线传感网络 数据融合 入侵检测 接收操作特征 Wireless Sensor Networks data fusion intrusion detection Receiver Operating Characteristic 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 1093
广东电网有限责任公司东莞供电局, 广东 东莞 523000
针对目前电缆故障引起的频繁停电维修影响了人们正常生活的问题, 提出了一种基于偏振光时域反射仪分布式光纤传感技术的电缆安全状态监测系统,该系统通过计算差值图的峰度系数来衡量曲线变化的陡峭程度, 从而进行入侵点的判断。实验表明, 系统工作于1 μs的脉冲宽度时对扰动位置的判断误差低于100 m。通过设置合适的振铃宽度, 可以将误报率降至0.5%以下。在不同的电缆长度和电缆布置环境情况下, 能够通过对系统参数的配置来满足使用需求。
分布式光纤传感 电缆安全状态监测系统 偏振光时域反射计 扰动探测 在线监测平台 distributed optical fiber sensing cable health monitoring system polarization optical time-domain reflectometer intrusion detection online monitoring platforms
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 合肥水泥研究设计院, 安徽 合肥 230051
针对水泥生产行业中袋式除尘器破袋检漏定位问题,提出了基于分布式光纤振动传感的检漏定位方法。分布式光纤振动传感系统灵敏度高,可以检测到布袋破损后粉尘气流对光纤产生的微振动信号,以此判断布袋是否破损,并通过时域差分法来定位破袋。搭建了一套相位敏感型光时域反射仪(φ-OTDR),通过室内模拟得出该系统最大信噪比为10 dB,实际空间分辨率为23.7 m,同时验证了该系统能响应低频粉尘气流扰动信号。在现场平台实验基础上,结合支持向量机(SVM)算法对现场测试数据进行识别分类,平均破袋识别准确率可达97.8%。结合φ-OTDR分布式系统与SVM算法可有效解决袋式除尘器破袋检漏定位问题。
光纤光学 光纤传感 破袋识别 扰动检测 支持向量机
提出在光纤入侵探测系统中应用波分复用(WDM)技术, 以进一步精简系统架构。该系统将不同干涉子系统通过不同波长加以区分, 并利用波分复用技术将不同波长的干涉子系统复用同一干涉模块。在信号接收端, 利用解复用的方式, 将各个不同波长干涉子系统信号分开, 从而获得不同干涉子系统中相对独立的时域信号。
光纤 入侵探测 波分复用 fiber intrusion detection WDM
1 武汉邮电科学研究院, 武汉 430074
2 武汉理工光科股份有限公司, 武汉 430200
为了对长距离周界入侵进行定位, 提出一种使用3×3耦合器作为基本元件的Fox-Smith干涉仪光纤入侵探测系统。对此结构及其定位方法进行了理论分析和实验验证。当有冲击作用在传感光纤上时, 光纤中的光波受到相位调制, 利用两束光波受到调制的时间不同从而产生相位差;通过对解调出的相位信号进行傅里叶变换, 获取了一系列的陷波点。结果表明,在长度为34.793km传感光纤上, 获得平均定位误差为±83m, 可见该种结构在长距离周界系统定位是可行的。这一结果在长距离周界入侵定位上具有一定的帮助。
传感器技术 光纤 Fox-Smith干涉仪 入侵探测 定位 sensor technique optical fiber Fox-Smith interferometer intrusion detection location
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
基于激光干涉原理，建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤分布式扰动传感器多点同时扰动的信号模型.在此基础上，通过数值模拟研究了多点同时扰动对传感器定位准确度的影响，明确了多个扰动信号同时作用时扰动的幅值比和位置差不同情况下传感器的定位准确度.仿真结果表明：当多点同时扰动的信号幅度差别大于等于20倍时，可以给出较强扰动的定位信息；当多点同时扰动的空间距离小于等于100 m时，可以近似看成单点扰动.在光路中增加偏振分束器来抑制偏振衰落的影响，并采用信号发生器对实验光路中的两个压电换能器同时施加正弦信号来模拟扰动进行实验.实验结果表明：在5 km和10 km的位置同时施加扰动，当两个扰动的幅值比大于等于20时，距离较强扰动点的最大定位误差的最大值为200 m；在5 km和5.05 km位置同时施加幅值比为1的扰动，距离5 km位置的最大定位误差为200 m，验证了仿真结果的正确性.该研究为多点同时扰动条件下光纤分布式扰动传感器定位准确度的提高和误报率的降低提供了理论指导.
传感器技术 多点扰动 相关方法 光纤传感器 马赫-泽德干涉仪 定位 入侵检测 Sensors Multiple disturbances Correlation methods Optical fiber sensor Mach-Zehnder interferometers Location Intrusion detection
电子科技大学 光纤传感与通信教育部重点实验室, 成都 611731
基于高灵敏度光纤布喇格光栅振动传感器，提出了一种光纤围栏入侵监测系统及其模式识别方法.该方法通过具有自适应动态阈值的时域统计特征提取算法对异常事件信号进行特征提取，将特征矢量输入到一个基于三层BP神经网络而设计的分类器中对目标事件进行识别和分类.通过仿真目标信号和实际采样数据进行测试，对系统的报警识别率进行了验证，结果表明：对于仿真信号，系统的平均正确识别率达到了100%；对于实际采样数据，系统的平均正确识别率可以达到96.83%.
信号处理 光纤传感器 模式识别 入侵检测 光纤布喇格光栅 准分布式光纤围栏 事件分类 Signal processing Fiber optic sensors Pattern recognition Intrusion detection Fiber Bragg Grating (FBG) Quasi-distributed fiber-optical fence Event classification
