一種用于光纖預(yù)警系統(tǒng)的自適應(yīng)恒虛警率振源檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于光纖預(yù)警系統(tǒng)的自適應(yīng)恒虛警率振源檢測(cè)方法，屬于光纖振 動(dòng)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油和天然氣已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最重要能源。長(zhǎng)輸管道 作為石油和天然氣最理想、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。油氣管道是能源運(yùn)輸?shù)?大動(dòng)脈，管道一旦泄漏極易發(fā)生燃燒爆炸，不僅影響管道的安全生產(chǎn)，還將給國(guó)家和人民群 眾的生命與財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。
[0003] 目前應(yīng)用油氣管道的探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要有以下幾種：電子脈沖式圍欄、微波墻式 報(bào)警器、主動(dòng)紅外報(bào)警器、泄露電纜式周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、駐極體振動(dòng)電纜報(bào)警系統(tǒng)和光纖 傳感器周界報(bào)警系統(tǒng)。與電傳感器報(bào)警系統(tǒng)相比，光纖傳感器在傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中具有非常 明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：在不需要任何戶外有源器件（不需供電）的情況下能夠提供長(zhǎng)達(dá)100公 里距離的安防監(jiān)控，不受地形的高低、曲折、轉(zhuǎn)彎、折彎等地形環(huán)境限制，打破了紅外線、微 波墻等只適用于視距和平坦區(qū)域使用的局限性。因此利用光纖測(cè)量振動(dòng)成為管道預(yù)警系統(tǒng) 研宄的主要方法。然而如何對(duì)光纖檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行合理有效的分析，建立什么樣的事件模型 才更為有效，成為研宄中的一大熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0004] 目前光纖振動(dòng)信號(hào)處理還存在明顯不足，其設(shè)計(jì)思路一般是直接檢測(cè)的方法，將 檢測(cè)到的信號(hào)直接送到顯示器，將雜波和噪聲的幅度變化同時(shí)顯示出來(lái)，對(duì)目標(biāo)信號(hào)的檢 測(cè)能力由操作員對(duì)顯示器的監(jiān)視決定的。但是，這種處理方法所得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果誤差大、報(bào) 警不準(zhǔn)確，使長(zhǎng)距離復(fù)雜振動(dòng)檢測(cè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，急需在此基礎(chǔ)上開展長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)檢 測(cè)方法研宄。
[0005] 現(xiàn)有的研宄存在的主要問題是沒有建立合適的模型、特別是沒有建立合適的信號(hào) 檢測(cè)模型，從而使得已經(jīng)投入生產(chǎn)的長(zhǎng)距離預(yù)警系統(tǒng)效率較低甚至被擱置不用，光纖預(yù)警 系統(tǒng)中的信號(hào)處理環(huán)節(jié)已成為系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要瓶頸。因此，需要提出一種合適的 模型來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)事件的檢測(cè)，以提高檢測(cè)概率和虛警概率的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明基于自適應(yīng)恒虛警率（GO/SO-CFAR)的光纖預(yù)警系統(tǒng)振源檢測(cè)算法以解決 對(duì)光纖振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)的問題。
[0007] 基于自適應(yīng)恒虛警率（GO/SO-CFAR)的光纖預(yù)警系統(tǒng)振源檢測(cè)方法，其包括：對(duì)光 纖振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集；建立自適應(yīng)恒虛警率（GO/SO-CFAR)檢測(cè)器模型；對(duì)無(wú)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行 GO/SO-CFAR檢測(cè)，比較實(shí)際虛警率與設(shè)定虛警率的關(guān)系，保證檢測(cè)器正常工作；對(duì)均勻背 景信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，得到在均勻背景下的檢測(cè)性能；對(duì)多目標(biāo)背景信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，得到在多目 標(biāo)背景下的檢測(cè)性能；分別在兩種環(huán)境下調(diào)整信噪比，再進(jìn)行GO/SO-CFAR檢測(cè)，畫出檢測(cè) 性能曲線。
[0008] 其中，檢測(cè)閾值滿足以下關(guān)系：
[0009] S = TZ
[0010] 其中，S是閾值；Z是功率水平，其值分為兩種情況考慮，若判定結(jié)果k值大于參考
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于自適應(yīng)恒虛警率的信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于包括： 建立自適應(yīng)虛警率檢測(cè)器； 將無(wú)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)自適應(yīng)恒虛警率檢測(cè)器檢測(cè)，保證實(shí)際虛警率與設(shè)定的虛警率 極其接近，即絕對(duì)誤差保證在le-4數(shù)量級(jí)內(nèi)； 運(yùn)用自適應(yīng)恒虛警率分別對(duì)均勻背景下以及多目標(biāo)背景下的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，分別求 得其檢測(cè)概率，并更改數(shù)據(jù)的信噪比，對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，得到在不同信噪比下的檢測(cè)概 率，表現(xiàn)其檢測(cè)性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于進(jìn)一步包括： 建立自適應(yīng)恒虛警率檢測(cè)器模型，包括對(duì)已經(jīng)形成矩陣的數(shù)據(jù)進(jìn)行部分刪除，再求出 閾值，最后對(duì)檢測(cè)單元與閾值進(jìn)行比較，得出檢測(cè)結(jié)果， 其中所述部分刪除包括： (1) 、對(duì)參考單元的第i行采樣排序X⑴< X⑵彡…彡X (K)，其中X為參考單元值，R為總 的參考單元個(gè)數(shù)； (2) 、用x(1)代表雜波采樣，比較X⑵和T lX(1)，其中T1是滿足給定的錯(cuò)誤刪除概率Prc 的閾值標(biāo)稱化因子，若X⑵〈I\x(1)，判定X⑴和X⑵是同一分布采樣，然后進(jìn)行下一步；若 x(2)>T lXw，判定X?，…，X00是強(qiáng)雜波區(qū)域的回波信號(hào)，以此類推，將第i行所有單元?jiǎng)澐殖?強(qiáng)雜波區(qū)和弱雜波區(qū)兩部分； (3) 、假定劃分位置為k，若k>R/2,其中R為參考單元數(shù)目，則判定檢測(cè)單元處于弱雜 波區(qū)，由x(1)，…，x (k)形成雜波功率Z ;若k〈R/2,則判定檢測(cè)單元處于強(qiáng)雜波區(qū)，由X (k+1)，… ，x(K)形成雜波功率Z ; (4) 、根據(jù)S = TZ求出閾值，其中S為閾值，T為標(biāo)稱化因子，當(dāng)檢測(cè)單元大于閾值S時(shí)， 該檢測(cè)單元應(yīng)被判為噪聲，即在光纖預(yù)警中該信號(hào)應(yīng)該被報(bào)警。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于進(jìn)一步包括： 根據(jù)給定的錯(cuò)誤刪除概率取得閾值標(biāo)稱化因子Tk，其中閾值標(biāo)稱化因子Tk根據(jù)下式計(jì) 算得到
其中，R為參考單元數(shù)目，Prc刪除過(guò)程第k步的錯(cuò)誤刪除概率 Pfc= PHD k>0 IHJ (2) 其中，PF。為錯(cuò)誤刪除概率，H A弱雜波采樣，D k為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量， Dk= X (k+1)-TkZk (3) 其中，x(k+1)為第（k+1)項(xiàng)采樣值，Tk為第k項(xiàng)閾值標(biāo)稱化因子，Z k為前k項(xiàng)有序采樣 和。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于標(biāo)稱化因子T是根據(jù)虛警概率P fa求 得，如下式
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)恒虛警率(GO/SO-CFAR)的信號(hào)檢測(cè)方法，用于實(shí)現(xiàn)管道光纖預(yù)警系統(tǒng)中的振源檢測(cè)，該方法包括：連續(xù)接收N個(gè)脈沖回波數(shù)據(jù)而得到一幀回波數(shù)據(jù)，從第n個(gè)脈沖回波數(shù)據(jù)中的M個(gè)距離單元中依次選擇一距離單元作為檢測(cè)單元，再將干擾目標(biāo)從參考單元序列中排除出去，然后基于處理后的參考單元采樣序列計(jì)算檢測(cè)閾值,最后將檢測(cè)單元與檢測(cè)閾值進(jìn)行比較，得到檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明利用自適應(yīng)恒虛警率檢測(cè)器對(duì)光纖振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)處理，該方法既能保證虛警率恒定，又能在不同背景下表現(xiàn)較強(qiáng)的檢測(cè)能力。
【IPC分類】G01H9-00, F17D5-02
【公開號(hào)】CN104819382
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510166995
【發(fā)明人】曲洪權(quán), 鄭彤, 畢福昆, 杜栩, 薛曉鵬
【申請(qǐng)人】北方工業(yè)大學(xué), 北京易訊通信息技術(shù)股份有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日