收藏本站
《西南交通大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Φ-OTDR分布式光纤传感系统信噪比增强与模式识别研究

杨经国  
【摘要】:基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤传感系统具有结构简单、性能稳定、传感距离长和抗干扰能力强等优点,具备广泛的应用前景。然而,传感系统在实际应用过程中,由于受噪声以及外界环境影响,传感信号会出现信号信噪比下降、扰动定位困难和扰动误报率高等问题。同时,随着Φ-OTDR系统应用场景的复杂化与多样化,单纯的扰动定位功能已经不能满足用户的需求,用户在获取扰动定位信息的同时还希望获知扰动信号的类型。因此,传感系统的信噪比增强和扰动信号模式识别已经成为系统应用过程中亟待解决的关键问题。本文围绕Φ-OTDR系统信噪比增强及扰动信号模式识别展开研究,研究内容如下:1、使用Φ-OTDR系统传感信号合成了时间-距离二维图像,并使用引导滤波算法对去除基底后的二维图像进行了滤波处理,提升了Φ-OTDR系统扰动定位曲线的信噪比。实验结果表明,引导滤波算法在不损失扰动位置点空间分辨率的情况下信噪比最大提升量可达11.05dB。2、针对Φ-OTDR系统在周界防护方向的应用,划分了环境噪声、敲击、晃动和剪切四种模式扰动信号。然后,分别以扰动信号的小波包能量谱和短时傅里叶变换时频图像作为扰动信号的分类依据,使用BP神经网络和卷积神经网络设计了两种不同的扰动信号模式识别方法,并且使用遗传算法对BP神经网络初始参数进行了优化。最后,对两种模式识别方法的识别效果进行了对比。实验结果表明,相比于BP神经网络随机初始化权值阈值方式,使用遗传算法优化BP神经网络初始参数后,模式识别的准确率由82%提升为90%。同时,由于短时傅里叶时频图像相比于小波包能量谱保留了信号频率随时间的变化信息,因而卷积神经网络模式识别效果优于BP神经网络,扰动信号模式识别的准确率可达93.5%。3、使用C++编写了Φ-OTDR系统上位机软件,实现了对Φ-OTDR实验平台传感信号的采集和扰动定位。使用MATLAB GUI与C++混合编程分别实现了基于BP神经网络和基于卷积神经网络的扰动信号模式识别系统。然后,设计了上位机软件与模式识别系统之间的通信协议,实现了上位机软件与模式识别系统间的通信。最后,基于Φ-OTDR实验平台对上位机软件和模式识别系统进行了功能测试。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP212

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 陈华华;徐萍;;基于谱减法和短时能量的声音端点检测方法[J];机械制造与自动化;2016年03期
2 邹东伯;刘海;赵亮;康迎杰;;分布式光纤振动传感信号识别的研究[J];激光技术;2016年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王雨辰;基于深度学习的图像识别与文字推荐系统的设计与实现[D];北京交通大学;2017年
2 姜新猛;基于TensorFlow的卷积神经网络的应用研究[D];华中师范大学;2017年
3 张俊楠;基于SVM的Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究[D];北京交通大学;2017年
4 黄微卫;分布式光纤围栏防护系统中偏振控制技术研究[D];西南交通大学;2016年
5 管国光;时频分析在MZ干涉与Φ-OTDR分布式光纤传感中的应用研究[D];西南交通大学;2016年
6 周玉钦;基于引导滤波的边缘保持算法研究[D];华中师范大学;2016年
7 张颜;Ф-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究[D];北京交通大学;2016年
8 廖俊;双M-Z周界防护系统定位算法与模式识别技术研究[D];西南交通大学;2015年
9 肖向辉;基于干涉和φ-OTDR复合的分布式光纤振动传感技术的研究[D];重庆大学;2014年
10 王遥遥;基于小波理论的信号降噪方法的研究[D];武汉理工大学;2013年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭和阔;宋耀华;王翦;徐锲;沈仁根;林亦雷;贾耕涛;吴海生;于松;艾鑫;肖倩;;一种应用于光缆外破在线监控的模式识别方案[J];光学仪器;2018年02期
2 禄伟;田兆君;熊珊珊;银亚飞;张琼华;;光纤感温火灾探测系统在矿业储存和运输过程中的应用[J];安全;2018年03期
3 崔星星;苏智剑;;一种新呼吸音信号特征提取方法与应用[J];中国医学物理学杂志;2018年02期
4 李明昊;程琳;李亚明;马钰明;杨杰;;U型缠绕式光纤弯曲损耗位移传感器设计[J];光学学报;2018年06期
5 刘敏;;光纤激光网络被入侵后的最优通信节点选取方法研究[J];激光杂志;2017年12期
6 王莉莉;吴军英;;激光脉冲频谱分配方法的研究[J];激光杂志;2017年12期
7 王海旭;陈建冬;常天英;郎金鹏;曾祥豹;高文智;孙韦;崔洪亮;;分布式反馈激光器调制特性研究[J];激光技术;2017年06期
8 蒋立辉;刘杰生;熊兴隆;王维波;李猛;;光纤周界入侵信号特征提取与识别方法的研究[J];激光与红外;2017年07期
9 李小魁;付国定;张秋慧;;光子晶体光纤中入射激光脉冲形状对超连续谱特性的影响[J];激光杂志;2017年04期
10 李刚;;偏振不敏感光纤振动传感网络入侵特征提取[J];激光杂志;2017年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨经国;Φ-OTDR分布式光纤传感系统信噪比增强与模式识别研究[D];西南交通大学;2018年
2 张新影;基于深度学习的输电线均压环检测技术研究[D];北京交通大学;2018年
3 方业全;深度学习在视频帧间补偿中的研究与应用[D];中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所);2018年
4 林晟;基于卷积神经网络的教学资源整合方法的研究与实现[D];上海师范大学;2018年
5 郝琨;基于卷积神经网络的藏独旗帜检测算法研究[D];兰州大学;2018年
6 徐佳德;形态学滤波器在桥梁健康监测信号降噪中的应用研究[D];西南交通大学;2018年
7 杨顺智;双M-Z分布式光纤传感器扰动信号的定位与模式识别方法研究[D];西南交通大学;2018年
8 李自豪;基于卷积神经网络的人脸图像识别研究[D];郑州大学;2018年
9 宋健;基于情感的社会网影响传播问题研究[D];黑龙江大学;2018年
10 高岗;基于φ-OTDR的除尘器破袋检漏及定位技术研究[D];中国科学技术大学;2018年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘新飞;周辉;;基于谱减法及频谱方差的语音端点检测方法[J];兵工自动化;2014年04期
2 田莎莎;唐菀;佘纬;;改进MFCC参数在非特定人语音识别中的研究[J];科技通报;2013年03期
3 王贺;孙琪真;李晓磊;刘德明;;干涉型分布式光纤振动传感技术的研究进展[J];激光与光电子学进展;2013年02期
4 胡正松;杨其华;乔波;;干涉分布式光纤水下长输气管道泄漏检测系统设计[J];激光与光电子学进展;2012年07期
5 何存富;郑兴强;骆建伟;杭利军;吴斌;;消偏型Sagnac光纤管道泄漏检测系统及其稳定性研究[J];中国激光;2012年02期
6 韩立华;王博;段淑凤;;语音端点检测技术研究进展[J];计算机应用研究;2010年04期
7 吕霄云;王宏霞;;基于MFCC和短时能量混合的异常声音识别算法[J];计算机应用;2010年03期
8 郭胜楠;崔慧娟;唐昆;;低信噪比下基于短时谱估计的语音增强[J];清华大学学报(自然科学版);2010年01期
9 郭常盈;郑珂;;基于小波变换阈值的光干涉信号去噪[J];激光技术;2009年05期
10 韩一;王国胤;杨勇;;基于MFCC的语音情感识别[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2008年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴正文;卷积神经网络在图像分类中的应用研究[D];电子科技大学;2015年
2 张勇;深度卷积神经网络在车牌和人脸检测领域的应用研究[D];郑州大学;2015年
3 何西麟;基于深度学习的手写体字符识别研究与实现[D];中山大学;2015年
4 秦涛;电动PZT挤压光纤式偏振控制器的研制[D];北京交通大学;2014年
5 肖向辉;基于干涉和φ-OTDR复合的分布式光纤振动传感技术的研究[D];重庆大学;2014年
6 孙柏宁;分布式拉曼光纤温度传感系统的噪声分析及优化[D];山东大学;2014年
7 王思远;M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统模式识别方法研究[D];北京交通大学;2014年
8 陈先昌;基于卷积神经网络的深度学习算法与应用研究[D];浙江工商大学;2014年
9 熊金水;人脸识别相关技术及其嵌入式应用[D];北京邮电大学;2013年
10 周浩;偏振控制技术实现多载波光源稳定输出的研究[D];北京邮电大学;2013年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 袁晓月;谭中伟;;基于φ-OTDR的分布式光纤传感技术的现状与发展[J];光通信技术;2018年02期
2 欧月华;任艳;;光模块内置OTDR数据及格式分析[J];电信科学;2015年10期
3 倪玉婷;吕辰刚;葛春风;武星;;基于OTDR的分布式光纤传感器原理及其应用[J];光纤与电缆及其应用技术;2006年01期
4 李强;采用OTDR准确判断光缆线路故障点[J];华北电力技术;2005年S1期
5 薛永端,谢菁,徐丙垠;OTDR中伪随机码应用的新方法[J];山东工程学院学报;2002年02期
6 ;HP E6000A Mini OTDR[J];电子产品世界;1996年09期
7 盛薇;HPE6000A Mini OTDR[J];现代科学仪器;1996年03期
8 A.H.HARTOG;盛嘉茂;;固体芯光纤的分布温度传感[J];唐山工程技术学院学报;1987年02期
9 黄高敏;;关于OTDR在通信工程中的应用[J];中国新通信;2016年21期
10 汪杰华;;实例分析OTDR技术参数及指标[J];广播电视信息;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 方瑜;;光时域反射计(OTDR)距离测量结果不确定度评定[A];2008年江苏省计量测试学术论文集[C];2008年
2 秦洪;;光缆传输线路OTDR仪测试技巧[A];新教育时代(2015年10月 总第3辑)[C];2015年
3 万生鹏;何兴道;;多径干扰对编码OTDR编码增益的影响(英文)[A];第十五届全国光学测试学术交流会论文摘要集[C];2014年
4 程涛;;使用OTDR测试光通信传输系统[A];2007中国科协年会——通信与信息发展高层论坛论文集[C];2007年
5 成晓林;;利用OTDR进行精确的测试[A];四川省通信学会2000年学术年会论文集[C];2000年
6 武建辉;李桂枝;;OTDR测试与误差分析[A];中国管理科学文献[C];2008年
7 ;关于OTDR使用中应当注意的几个问题[A];四川省通信学会一九九五年学术年会论文集[C];1995年
8 吴少波;宁鼎;朱守正;刘笑东;;利用光时域反射计(OTDR)检测保偏光纤纤芯缺陷技术[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
9 吴重庆;;四元数偏振光学及在光纤P‐OTDR应用[A];全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议——光纤与传输物理学专辑[C];2015年
10 朱涛;何茜;;基于φ-OTDR的光纤分布式宽频振动传感技术技术研究[A];全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议——光纤、波导器件和传感器专辑[C];2015年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 ;识别光网络“烂点”[N];中国计算机报;2002年
2 迪文;安捷伦推出[N];通信产业报;2002年
3 EXFO公司;精密测试设备护航光网络[N];通信产业报;2007年
4 孙曦光;PON监测新技术实现FTTH网络高效运维[N];人民邮电;2010年
5 鲁德明;光纤测试与监测技术:日趋成熟 应用普及[N];中国电子报;2007年
6 中兴通讯 金晓静;中兴打造基于OTDR的EasyOptical系统[N];通信产业报;2015年
7 网泰通讯科技(中国)有限公司 陈汉祥;CMA4500:迷你,简便,多功能[N];通信产业报;2004年
8 荣 钰;更清晰地透视网络[N];网络世界;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 朱辉;Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统稳定性与环境适应性研究[D];东南大学;2017年
2 何茜;基于φ-OTDR的光纤分布式宽频振动传感技术研究[D];重庆大学;2015年
3 彭飞;相位敏感型光时域反射仪及其应用研究[D];电子科技大学;2015年
4 安阳;双光束Ф-OTDR分布式光纤传感技术与应用[D];天津大学;2014年
5 孙茜;Ф-OTDR光纤预警系统模式识别方法研究[D];天津大学;2015年
6 胡君辉;基于瑞利和布里渊散射效应的光纤传感系统的研究[D];南京大学;2013年
7 张旋;无源光网络链路监测关键技术研究[D];东南大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨经国;Φ-OTDR分布式光纤传感系统信噪比增强与模式识别研究[D];西南交通大学;2018年
2 梁胡格吉乐;Φ-OTDR高速同步脉冲信号发生器设计[D];天津大学;2017年
3 刘凯;基于OTDR的边坡监测告警系统的设计与实现[D];北京邮电大学;2018年
4 李浩;时间相关单光子计数OTDR的高消光比窄脉冲产生技术研究[D];电子科技大学;2018年
5 闫珂;相干OTDR关键技术研究[D];北京邮电大学;2018年
6 汪豫;基于Ф-OTDR的光纤振动传感关键技术研究[D];电子科技大学;2018年
7 王大伟;基于Φ-OTDR分布式光纤预警系统的供水管道泄漏辨识研究[D];天津大学;2017年
8 高岗;基于φ-OTDR的除尘器破袋检漏及定位技术研究[D];中国科学技术大学;2018年
9 李亚明;基于OTDR的混凝土面板堆石坝面板接缝变形监测方法研究[D];西安理工大学;2018年
10 周琪;超高动态范围OTDR关键技术研究[D];武汉邮电科学研究院;2018年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026