m-z干涉仪型光纤分布式振动传感系统模式识别方法研究

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1、方糖)p夕l硕士学位论文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ApatternrecognitionmethodinM—Zfiberdistributed～o■disturbancesensingsystem作者：王思远导师：娄淑琴北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书删本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作

2、者签名：勉签字日期仍垆垆f7日长^＼谲也忖月善畔：驴名奶签日师字导签中图分类号：TN29UDC：学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文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ApatternrecognitionmethodinM—Zfiberdistributed⋯●●·clisturbancesensingsystem作者姓名：王思远导师姓名：娄淑琴学号：11120163职称：教授学位类别：工学硕士学位级别：硕士学科专业：通信与信息系统研究方向：光纤传感北京交通大学2014年3月致谢本论文的工作是在我的导师娄淑琴教授的悉心指导下完成的，娄淑琴教授严谨的治

3、学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，并悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此衷心感谢三年来娄老师对我的关心和指导。梁生老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，常硕、陈京惠、杨崇瑞、曾璐璐等同学对我论文的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。北京交通大学硕士学位论文中文摘要摘要：M．Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统具有结构简单、检测范围广、不需要外场供电以及不受电磁干扰等优势，在周界安防、输油管道等

4、领域具有广泛的应用前景。本文以提高双M．Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统的扰动事件识别精确度为目标，开展适用于双M．Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统的模式识别算法的研究，基于传感输出信号短时频率随外界扰动变化的特点，提出了基于短时频率．时间特性的模式识别算法，并通过了实验验证。本文主要进行了以下几个方面的研究工作：1，双M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统的传感原理研究。从光波导理论出发，结合光纤的弹性理论，推导出传感器的输出信号与外部扰动信号之间的关系，提出了以传感输出信号的频率．时间特征作为模式识别特征。并研究了当前主流的信号频率一时问特征提取算法以及主流模式识别算法。2，传感输出

5、信号频率．时间特征提取算法的研究。从理论和实验中深入分析了几种主流的信号频率．时间特征提取算法，结合各算法的优缺点与传感输出信号特点，提出了基于信号短时平均过电平率的特征提取算法，大大降低了运算复杂度并提高了运算速度。3，信号降维算法与消除特征时间对齐误差算法的研究。针对应用人工神经网络算法在处理信号频率．时间特征所存在的问题，引出信号降维与消除时问对齐问题的必要性。由数学图形学思想中得到启发，选择了将信号特征数据采用“重叠”技术分段，并对各段数据建立多个模型，采用动态时间规划算法对多个模型进行筛选，从而得到最佳模型的信号处理方法。一方面，使用模型参数代替了信号段数据，大大降低了特征信

6、号的维度，从而降低了人工神经网络的训练难度；另一方面，采用动态时间规划算法进行模型选择，在一定程度上解决了人工神经网络对于时间对齐问题过度敏感所带来的识别错误，提高了系统的环境适应能力。实验结果表明，该方法可以有效区分瞬时作用、长时作用、径向作用和不规则作用等多种不同扰动事件，平均识别速度在O．26秒之内，平均识别准确度在97．4％以上。关键词：光纤分布传感；Mach．Zehnder干涉仪；频率．时间分布特性；神经网络；模式识别分类号：TN29北京交通大学硕士学位论文AbStractABSTRACTABSTRACT：M．Zfiberdistributeddisturbancesensi

7、ngsystem(FDDSS)withitsadvantageslike：simplestructure，widedetectionrange，noexternalfieldpoweraswellasnoelectromagneticinterference，iswildlyusedinareassuchasperimetersecurityorpipelines．Inthispaper，anovelpatternrecognitionalgo