一種光纖信號(hào)的濾波方法、裝置及光纖傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖信號(hào)的濾波方法、裝置及光纖傳感系統(tǒng)。其中，該方法包括：處理終端獲取光纖采樣信號(hào)，其中，所述光纖采樣信號(hào)由光纖反射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換得到；利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述光纖采樣信號(hào)。通過(guò)上述方式，本發(fā)明能夠?qū)饫w信號(hào)進(jìn)行有效濾波，提高光纖環(huán)境狀況的識(shí)別準(zhǔn)確率。
【專利說(shuō)明】
一種光纖信號(hào)的濾波方法、裝置及光纖傳感系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，特別是涉及一種光纖信號(hào)的濾波方法、裝置及光纖傳 感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光纖處理技術(shù)發(fā)展，光纖已作為傳感器應(yīng)用于各種探測(cè)領(lǐng)域，用于測(cè)量周邊 環(huán)境狀況，例如是否有物體經(jīng)過(guò)、且該物體具體為何物等。當(dāng)光纖傳感器受到外界干擾影響 時(shí)，光纖中傳輸光的部分特性就會(huì)改變，光線傳感系統(tǒng)接收光纖的光信號(hào)，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 換，分析轉(zhuǎn)換后電信號(hào)的特征以判斷其光特性的改變，進(jìn)而確定光纖對(duì)應(yīng)位置的環(huán)境狀況， 例如為有車(chē)輛闖入等，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。
[0003] 然而，光纖傳感系統(tǒng)所獲取到的光纖信號(hào)會(huì)存在干擾信號(hào)，該干擾信號(hào)容易影響 對(duì)光纖環(huán)境狀況的識(shí)別。故如何有效對(duì)獲取到的光纖信號(hào)進(jìn)行濾波，成了光纖傳感系統(tǒng)的 關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種光纖信號(hào)的濾波方法、裝置及光纖傳感系 統(tǒng)，能夠?qū)饫w信號(hào)進(jìn)行有效濾波，提高光纖環(huán)境狀況的識(shí)別準(zhǔn)確率。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種光纖信號(hào)的濾波 方法，包括:處理終端獲取光纖采樣信號(hào)，其中，所述光纖采樣信號(hào)由光纖反射的光信號(hào)轉(zhuǎn) 換得到;利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述光纖采樣信 號(hào)。
[0006] 其中，所述利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波的步驟包括：獲取 IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù);根據(jù)所述系統(tǒng)函數(shù)，將所述光纖采樣信號(hào)作為所述IIR數(shù)字濾 波器的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0007] 其中，所述獲取IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的步驟包括:采用模擬轉(zhuǎn)換法、零極點(diǎn) 累試法或優(yōu)化設(shè)計(jì)法得到所述IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。
[0008] 其中，所述獲取光纖采樣信號(hào)的步驟包括:對(duì)光纖傳感器檢測(cè)得到的光纖模擬信 號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到光纖數(shù)字信號(hào);利用高速數(shù)據(jù)采集卡FPGA采集所述光纖數(shù)字信號(hào)得到 所述光纖采樣信號(hào)。
[0009]其中，還包括:利用奇異值分解SVD算法對(duì)光纖某一位置的多個(gè)光纖采樣信號(hào)構(gòu)成 的矩陣進(jìn)行奇異值分解得到多個(gè)子矩陣;獲取奇異值最大的所述子矩陣，并提取所述奇異 值最大的子矩陣的每行元素以集合組成一維信號(hào);對(duì)所述一維信號(hào)進(jìn)行小波消噪后作為所 述光纖某一位置產(chǎn)生的光纖信號(hào)。
[0010]其中，所述利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述 光纖采樣信號(hào)的步驟之后，還包括:判斷所述光纖采樣信號(hào)是否與預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型匹配； 若匹配，則分析所述光纖采樣信號(hào)在時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性;對(duì)應(yīng)所述光纖采樣信號(hào)不同 時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性，采用不同的檢測(cè)方式對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè);若所述檢測(cè) 通過(guò)，則將所述光纖采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的光纖位置確定為振源，且所述振源類(lèi)型為所述匹配的 預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。
[0011] 其中，所述利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述 光纖采樣信號(hào)的步驟之后，還包括:將該光纖采樣信號(hào)劃分為J幀子信號(hào)；提取每幀子信號(hào) 的特征矢量組成數(shù)組!'[^ = {1(0)，1'0)，一，1'(1-1)}，并獲取預(yù)設(shè)信號(hào)模型的特征矢量組 成的數(shù)組R[I] = {R(0)，R(i)，…，R(I-1)};確定所述特征矢量T(0)與所述特征矢量R(0)之 間的距離g(R(〇)，T(0))以及參數(shù)M;根據(jù)所述距離g(R(0)，T(0))，順序計(jì)算所述數(shù)組T[J]每 個(gè)特征矢量T(j)分別與所述數(shù)組R[I]至少部分特征矢量R(i)之間的距離g(R(i)，T(j))，直 至計(jì)算得到所述特征矢量T(J~1)與特征矢量R(I -1)之間的距尚g(shù)(R(I-l)，T(J-1))，其中， 所述區(qū)(以1)，1'(」_))由 8(1?(卜1)，1'(」_))4(1?(1-1)，1'(」_-1))、或8(1?(1)，1'(」_-1))計(jì)算得到;計(jì) 算所述距離g(R(I-l)，T(J-l))與所述I和所述J的和之間的比，以作為所述光纖振動(dòng)信號(hào)與 所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型的相似距離;若所述相似距離滿足設(shè)定條件，則將所述光纖振動(dòng)信號(hào)的 振源類(lèi)型確定為所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。
[0012] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種光纖信號(hào)的濾 波裝置，包括:獲取模塊，用于獲取光纖采樣信號(hào)，其中，所述光纖采樣信號(hào)由光纖反射的光 信號(hào)轉(zhuǎn)換得到;濾波模塊，用于利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾 波后的所述光纖采樣信號(hào)。
[0013] 其中，所述濾波模塊具體用于:獲取IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù);根據(jù)所述系統(tǒng)函 數(shù)，將所述光纖采樣信號(hào)作為所述IIR數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0014] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的再一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種光纖傳感系統(tǒng)， 包括光纖傳感器及處理終端;所述光纖傳感器用于在一端發(fā)出第一光信號(hào)，并從所述一端 接收由所述第一光信號(hào)反射得到的第二光信號(hào);所述處理終端用于對(duì)所述第二光信號(hào)對(duì)應(yīng) 的光纖電信號(hào)進(jìn)行IIR數(shù)字濾波，其中，所述處理終端包括上述的光纖信號(hào)的濾波裝置，以 對(duì)所述光纖電信號(hào)進(jìn)行IIR數(shù)字濾波。
[0015] 上述方案，處理終端采用IIR數(shù)字濾波器對(duì)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波，從而降低 信號(hào)處理的數(shù)據(jù)量，且有效濾除光纖采樣信號(hào)中的一些干擾數(shù)據(jù)，可使后續(xù)的光纖環(huán)境狀 況識(shí)別更加準(zhǔn)確。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波方法一實(shí)施方式的流程圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明光纖傳感系統(tǒng)一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3是圖1所示的步驟S12包括的子步驟的流程圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波方法一實(shí)施方式中的IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖5是本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波方法另一實(shí)施例的部分流程圖；
[0021 ]圖6是本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波裝置一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波裝置另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下描述中，為了說(shuō)明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接口、技術(shù)之 類(lèi)的具體細(xì)節(jié)，以便透徹理解本申請(qǐng)。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒(méi)有這些具體 細(xì)節(jié)的其它實(shí)施方式中也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)。在其它情況中，省略對(duì)眾所周知的裝置、電路以 及方法的詳細(xì)說(shuō)明，以免不必要的細(xì)節(jié)妨礙本申請(qǐng)的描述。
[0024] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波方法一實(shí)施方式的流程圖，該方法包括：
[0025] SI 1:處理終端獲取光纖采樣信號(hào)。
[0026]其中，所述光纖采樣信號(hào)由光纖反射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換得到。
[0027] 請(qǐng)結(jié)合圖2舉例說(shuō)明，圖2示出一光纖傳感系統(tǒng)，該光纖傳感系統(tǒng)可采用光脈沖調(diào) 制方式，通過(guò)探測(cè)背向散射信號(hào)的相位變化引起的反射光干涉強(qiáng)度變化，能夠同時(shí)檢測(cè)出 多個(gè)并發(fā)振源，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)警和對(duì)振源定位。該光纖傳感系統(tǒng)包括順序連接的光纖傳感器 21、光學(xué)系統(tǒng)23、光電轉(zhuǎn)換電路24與處理終端22。
[0028] 光纖傳感器21設(shè)置于需監(jiān)測(cè)的環(huán)境中如地下，以監(jiān)測(cè)該環(huán)境狀況。光纖傳感器21 可采用普通通信光纜中的一根空閑纖芯作傳感單元，進(jìn)行分布式多點(diǎn)振動(dòng)測(cè)量。其基本原 理是當(dāng)外界的振動(dòng)作用于通信光纜時(shí)，引起光纜中纖芯發(fā)生形變，使纖芯長(zhǎng)度和折射率發(fā) 生變化，導(dǎo)致光纜中光的相位發(fā)生變化。當(dāng)光在光纜中傳輸時(shí)，由于光子與纖芯晶格發(fā)生作 用，不斷向后傳輸瑞利散射光。當(dāng)外界有振動(dòng)發(fā)生時(shí)，背向瑞利散射光的相位隨之發(fā)生變 化，這些攜帶外界振動(dòng)信息的信號(hào)光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)23處理，將微弱的相位變化轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)變 化，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路24的光電轉(zhuǎn)換和相應(yīng)信號(hào)處理后，進(jìn)人處理終端22進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。處 理終端22根據(jù)分析的結(jié)果，判斷振動(dòng)事件的發(fā)生，并確認(rèn)振動(dòng)地點(diǎn)。
[0029] 具體地，光纖傳感器21定時(shí)從一端發(fā)出第一光信號(hào)，該第一光信號(hào)可以是一脈沖 信號(hào)，如為脈沖寬度為l〇ns的激光，該第一光信號(hào)在光纜中各個(gè)位置經(jīng)過(guò)瑞利散射形成的 第二光信號(hào)，并且該第二光信號(hào)反射回該光纖傳感器21的一端。光纖傳感器21從該一端輸 出該第二光信號(hào)。光學(xué)系統(tǒng)23對(duì)第二光信號(hào)進(jìn)行采樣，得到多個(gè)對(duì)應(yīng)不同光纖位置的光信 號(hào)。其中，該采樣間隔可采集光纖每隔設(shè)定距離發(fā)射的光信號(hào)，例如，第一個(gè)采樣光信號(hào)對(duì) 應(yīng)為距離光纖一端1米位置反射的光信號(hào)，第二個(gè)采樣光信號(hào)對(duì)應(yīng)為距離光纖一端2米位置 反射的光信號(hào)，以此類(lèi)推。
[0030] 光學(xué)系統(tǒng)23通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路24將采樣得到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)便于 信號(hào)的處理。這里可以通過(guò)一般的光電轉(zhuǎn)換電路24如AH)轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn) 換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送至處理終端22。
[0031] 處理終端22對(duì)該光纖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，以確定該光纖數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的光纖位置 是否振動(dòng)。具體，處理終端22可還包括高速數(shù)據(jù)采集卡(英文簡(jiǎn)稱:FPGA)模塊和數(shù)字信號(hào)處 理(英文:Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱:DSP)模塊，該FPGA模塊用于采集所述光纖數(shù) 字信號(hào)，得到多個(gè)光纖采樣信號(hào)。FPGA模塊將采集的光纖采樣信號(hào)緩存在該FPGA模塊內(nèi)的 FIFO緩沖器，F(xiàn)IFO的半滿信號(hào)線和DSP模塊相連，當(dāng)FIFO的半滿時(shí)觸發(fā)DSP的EDMA事務(wù)，以把 光纖采樣信號(hào)的相關(guān)數(shù)據(jù)從FIFO轉(zhuǎn)移到DSP的存儲(chǔ)器如SDRAM。當(dāng)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度達(dá)到 系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，對(duì)該存儲(chǔ)器中的光纖采樣信號(hào)進(jìn)行處理，如進(jìn)行振源識(shí)別等。本發(fā)明所述濾 波相關(guān)步驟以及下述奇異值分解和消噪相關(guān)步驟可以在存入至DSP的存儲(chǔ)器之前執(zhí)行，或 者將采集到的光纖采樣信號(hào)直接存至DSP的存儲(chǔ)器，并當(dāng)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定值后， 再執(zhí)行本發(fā)明所述濾波的相關(guān)步驟以及下述奇異值分解和消噪相關(guān)步驟。
[0032] 具體地，該處理終端實(shí)時(shí)采集光纖采樣信號(hào)，該采集間隔可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào) 整，通常，該采集間隔為0ys-100ys之間，如40ys、10ys、100ys等，本實(shí)施例中，該采集間隔為 0,即處理終端連續(xù)采集得到n個(gè)光纖采樣信號(hào){x(l)，x(2)，…，x(n)}，其中，n為大于1的整 數(shù)。
[0033] 在其他實(shí)施例中，該光學(xué)系統(tǒng)的部分步驟、光電轉(zhuǎn)換步驟以及模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟中的 至少一個(gè)步驟可由處理終端22執(zhí)行，如處理終端22還用于對(duì)光纖傳感器檢測(cè)得到的光纖模 擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到光纖數(shù)字信號(hào);或者處理終端22還用于對(duì)光纖傳感器反射的光信 號(hào)進(jìn)行解調(diào)，將解調(diào)后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)后，再對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0034] S12:利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述光纖 米樣信號(hào)。
[0035] 本實(shí)施例中，采用IIR數(shù)字濾波器對(duì)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波，由于IIR數(shù)字濾 波器具有穩(wěn)定性好、精度高、靈活性大等突出優(yōu)點(diǎn)，而且可用較低的階數(shù)獲得高的選擇性， 所用的存儲(chǔ)單元少、成本低、信號(hào)延遲小，故采用IIR數(shù)字濾波器對(duì)光纖采樣信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn) 有效濾波，且處理量較少。
[0036] 具體地，請(qǐng)結(jié)合參閱圖3,上述S12步驟可包括以下子步驟：
[0037] S121:獲取IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。
[0038] 例如，處理終端獲取IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)如下式1:
[0040] 其中，ai、bH為濾波系數(shù)，且不均為零，M和N為設(shè)定的正整數(shù)。
[0041] 具體地，處理終端可采用模擬轉(zhuǎn)換法、零極點(diǎn)累試法或優(yōu)化設(shè)計(jì)法得到所述IIR數(shù) 字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。例如：
[0042] 1.模擬轉(zhuǎn)換法
[0043]按照光纖識(shí)別精確率要求和/或歷史光纖振動(dòng)識(shí)別誤差率設(shè)計(jì)一個(gè)模擬濾波器， 得到濾波器的傳輸函數(shù)凡(8)，再按一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系將凡(8)轉(zhuǎn)換成IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函 數(shù)H(z)。其中，可采用單不限采用脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法，將傳輸函數(shù)H a(s)從s平 面轉(zhuǎn)移到z平面。
[0044] 2.零極點(diǎn)累試法
[0045] 上述的模擬轉(zhuǎn)換法得到的IIR數(shù)字濾波器的幅度特性受到所選模擬濾波器特性的 限制。故，可在數(shù)字域直接獲得IIR數(shù)字濾波器，以得到設(shè)計(jì)任意幅度特性的濾波器。
[0046] 設(shè)單位脈沖響應(yīng)的零極點(diǎn)表達(dá)式如下式2:
[0048]按照上式，系統(tǒng)特性取決于系統(tǒng)零極點(diǎn)的分布，通過(guò)分析可知，系統(tǒng)極點(diǎn)位置主要 影響系統(tǒng)幅度特性峰值位置及其尖銳程度，零點(diǎn)位置主要影響系統(tǒng)幅度特性的谷值位置及 其凹下的程度;且通過(guò)零極點(diǎn)分析的幾何作圖法可以定性地畫(huà)出其幅度特性。故可根據(jù)其 幅度特性先確定零極點(diǎn)位置，再按照確定的零極點(diǎn)寫(xiě)出其系統(tǒng)函數(shù)，畫(huà)出其幅度特性，并與 目標(biāo)幅度特征進(jìn)行比較，如不滿足要求，則可通過(guò)移動(dòng)零極點(diǎn)位置或增加(減少)零極點(diǎn)，進(jìn) 行修正。
[0049] 3.優(yōu)化設(shè)計(jì)法
[0050] 即，直接在頻域或者時(shí)域中進(jìn)行設(shè)計(jì)，聯(lián)立方程后進(jìn)行一定運(yùn)算得到。
[0051] S122:根據(jù)所述系統(tǒng)函數(shù)，將所述光纖采樣信號(hào)作為所述IIR數(shù)字濾波器的輸入信 號(hào)進(jìn)行濾波。
[0052]例如，獲得如上述的系統(tǒng)函數(shù)H(z )，處理終端可由H(z)得出表示輸入輸出關(guān)系的 常系數(shù)線性差分方程如下式3:
[0054]處理終端將S12獲取的光纖采樣信號(hào)作為所述IIR數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)X，代入 上述3計(jì)算得到濾波后的光纖采樣信號(hào)y。
[0055]其中，處理終端可根據(jù)該系統(tǒng)函數(shù)、歷史光纖采樣信號(hào)狀況、用戶設(shè)定的結(jié)構(gòu)優(yōu)先 級(jí)別中的至少一種確定該IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)為直接型、級(jí)聯(lián)型或并聯(lián)型。例如，如上式 3,設(shè)M=N=2,則IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0056]本實(shí)施例中，處理終端采用IIR數(shù)字濾波器對(duì)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波，從而降 低信號(hào)處理的數(shù)據(jù)量，且有效濾除光纖采樣信號(hào)中的一些干擾數(shù)據(jù)，可使后續(xù)的光纖環(huán)境 狀況識(shí)別更加準(zhǔn)確。
[0057]請(qǐng)參閱圖5,圖5是本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波方法另一實(shí)施例的部分路程圖。本實(shí)施 例中，處理終端除執(zhí)行圖1所示的步驟外，還執(zhí)行以下步驟：
[0058] S51:利用SVD算法對(duì)光纖某一位置的多個(gè)光纖采樣信號(hào)構(gòu)成的矩陣進(jìn)行奇異值分 解得到多個(gè)子矩陣。
[0059] 本實(shí)施例中，處理終端采用奇異值分解(英文：Singular value decomposition， 簡(jiǎn)稱:SVD)算法對(duì)采集得到光纖采樣信號(hào)進(jìn)行處理，以獲得信噪比高、噪聲均勻的光纖采樣 信號(hào)。
[0060] 具體，上述S51步驟可具體包括如下子步驟：
[0061] 子步驟S511:將所述多個(gè)光纖采樣信號(hào){x(l)，X(2)，…，x(n)}構(gòu)成k*l階矩陣H。 [0062]將多個(gè)光纖采樣信號(hào)組成一維信號(hào)序列X={x(l)，x(2)，…，x(n)}，并將該一維信 號(hào)序列X構(gòu)成k*l階矩陣H。
[0064]子步驟S512:采用下述公式11對(duì)所述矩陣H進(jìn)行奇異值分解，得到多個(gè)子矩陣
[0066] 其中，上述矩陣H為k*l階酉矩陣;所述矩陣H的秩為m，利用SVD可以將k*l階矩陣H 表示m個(gè)k*l階子矩陣之和。
[0067]所述U是kXk階正交矩陣，所述VT表示矩陣V的共輒矩陣，所述V是1X1階正交矩 陣；所述為對(duì)角陣，所述\是矩陣H的第i個(gè)奇異值，并且 \ ;所述Ui為矩陣u的第i個(gè)列向量，所述Vl為矩陣 V的第i個(gè)列向量，所述Hl是包 含Ui和Vi的子矩陣。
[0068] 若是矩陣H表示時(shí)頻信息，則對(duì)應(yīng)的m和Vi視為頻率矢量和時(shí)間矢量。因此，H中的 時(shí)頻信息被分解到一系列由ujP Vl構(gòu)成的時(shí)頻子空間中。故選取一定子空間進(jìn)行重構(gòu)，可以 提取特定成分的信號(hào)，例如，選擇奇異值最大的子矩陣，即可提取得到該多個(gè)光纖采樣信號(hào) 所包含主要數(shù)據(jù)特征。
[0069] S52:獲取奇異值最大的所述子矩陣，并提取所述奇異值最大的子矩陣的每行元素 以集合組成一維信號(hào)。
[0070] 例如，獲取分解得到的多個(gè)子矩陣]^|〃|.^2〃2，一,>、,"〃,"丨中奇異值最大的子矩陣 \_〃 ；，并將奇異值最大的子矩陣X,〃,_的各行元素分別作為一維信號(hào)&的元素，集合形成所 述一維信號(hào)3」={5」,1，5」,2，~，3」,111}，其中，所述3」,111表不子矩陣％^^的第1]1行向量。
[0071] S53:對(duì)所述一維信號(hào)進(jìn)行小波消噪后作為所述光纖某一位置在所述一段時(shí)間內(nèi) 產(chǎn)生的光纖信號(hào)。
[0072]本實(shí)施例中，處理終端對(duì)S52步驟所得到的一維信號(hào)進(jìn)行小波閥值消噪，該消噪方 式可包括硬閥值和軟閥值兩種。
[0073]該硬閥值方式具體如，根據(jù)下述公式12對(duì)S52步驟所得到的一維信號(hào)&的每個(gè)元 素{S^Sy，…，Sp}進(jìn)行處理，并由每個(gè)處理后的元素{Sw'jp'，…，Sp'}組成所述光 纖某一位置在所述一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光纖信號(hào)Sj '，
[0075] 其中，所述Sp為所述一維信號(hào)&中的第z個(gè)元素，所述Sp'為所述光纖信號(hào)S/中 的第z個(gè)元素，所述T為一設(shè)定值。
[0076] 該軟閥值方式具體如，根據(jù)下述公式13對(duì)S52步驟所得到的一維信號(hào)&的每個(gè)元 素{Sj,l，Sj,2,…，Sj,m}，并由每個(gè)處理后的元素{Sj,l'，Sj,2'，…，Sj,m' }組成所述光纖某一位 置在所述一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光纖信號(hào)Sj '，
[0078] 其中，所述Sp為所述一維信號(hào)&中的第z個(gè)元素，所述Sp'為所述光纖信號(hào)S/中 的第z個(gè)元素，所述a為比例系數(shù)，且0<a<l， Sgn(X)為符號(hào)函數(shù)，所述T為一設(shè)定值。
[0079] 在具體應(yīng)用中，上述T可根據(jù)實(shí)際情況由用戶輸入，或者自身對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行判斷 學(xué)習(xí)后，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。
[0080] 經(jīng)上述小波消噪后，處理終端可對(duì)該消噪后的光纖信號(hào)（也即消噪后的光纖采樣 信號(hào))進(jìn)行振源識(shí)別或者其他處理。
[0081]本實(shí)施例中，處理終端利用SVD算法對(duì)光纖位置的多個(gè)光纖采樣信號(hào)構(gòu)造的矩陣 進(jìn)行奇異值分解，并將奇異值最大的子矩陣組成的一維信號(hào)進(jìn)行小波消噪，以得到該光纖 位置的消噪后的光纖信號(hào)，故實(shí)現(xiàn)了在光纖信號(hào)有效濾波的基礎(chǔ)還進(jìn)一步有效消除噪聲， 進(jìn)一步提高了光纖環(huán)境狀況識(shí)別的準(zhǔn)確性。
[0082] 其中，上述步驟S51-53可在上述S12之前或之后執(zhí)行。
[0083] 在再一實(shí)施例中，處理終端在進(jìn)行上述濾波和/或消噪后，還包括進(jìn)行振源識(shí)別， 在此提供兩種但不僅限于下述兩種振源識(shí)別方式。
[0084]第一種振源識(shí)別方式，包括如下步驟：
[0085] S61:處理終端判斷所述光纖采樣信號(hào)是否與預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型匹。
[0086]處理終端中存儲(chǔ)有多個(gè)預(yù)設(shè)振動(dòng)模型，該每個(gè)預(yù)設(shè)振動(dòng)模型對(duì)應(yīng)一種振源，例如， 行人經(jīng)過(guò)引起的振動(dòng)信號(hào)的特征對(duì)應(yīng)記錄在第一預(yù)設(shè)振動(dòng)模型，車(chē)輛經(jīng)過(guò)引起的振動(dòng)信號(hào) 的特征對(duì)應(yīng)記錄在第二預(yù)設(shè)振動(dòng)模型。處理終端提取消噪后的光纖信號(hào)S/的特征，并將提 取的特征給預(yù)設(shè)振動(dòng)模型中的特征進(jìn)行對(duì)比，若提取的特征與一預(yù)設(shè)振動(dòng)模型中的特征匹 配，則執(zhí)行S62。
[0087] S62:分析所述光纖采樣信號(hào)在時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性。
[0088] 例如，該光纖采樣信號(hào)在時(shí)域的平穩(wěn)特性為光纖采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的該光纖位置在不 同時(shí)刻反射得到的對(duì)應(yīng)采樣電信號(hào)的波動(dòng)幅度，該光纖采樣信號(hào)在空域的平穩(wěn)特性為在某 一時(shí)刻該光纖不同位置的對(duì)應(yīng)采樣電信號(hào)的波動(dòng)幅度。
[0089] S63:對(duì)應(yīng)所述光纖采樣信號(hào)不同時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性，采用不同的檢測(cè)方式對(duì) 所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
[0090] 為便于說(shuō)明，將上述獲取平穩(wěn)特性的光纖采樣信號(hào)成為目標(biāo)光纖采樣信號(hào)。
[0091 ]具體如，若所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)的時(shí)域平穩(wěn)特性不滿足第一平穩(wěn)條件且空域平 穩(wěn)特性滿足第二平穩(wěn)條件，則采用滑窗式恒虛警率檢測(cè)方式對(duì)所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行 檢測(cè)；
[0092]若所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)的時(shí)域平穩(wěn)特性滿足所述第一平穩(wěn)條件且空域平穩(wěn)特 性不滿足所述第二平穩(wěn)條件，則采用雜波圖點(diǎn)檢測(cè)方式對(duì)所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢 測(cè)；
[0093]若所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)的時(shí)域平穩(wěn)特性不滿足所述第一平穩(wěn)條件且空域平穩(wěn) 特性不滿足所述第二平穩(wěn)條件，則采用雜波圖面檢測(cè)方式對(duì)所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢 測(cè)。
[0094]其中，所述采用滑窗式恒虛警率檢測(cè)方式對(duì)所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的步 驟可包括：
[0095]獲取所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)左側(cè)的h個(gè)左光纖采樣信號(hào)值、以及右側(cè)的h個(gè)右光纖 采樣信號(hào)值，其中，所述h個(gè)左光纖采樣信號(hào)中的最右側(cè)的所述左光纖采樣信號(hào)、所述h個(gè)右 光纖采樣信號(hào)中最左側(cè)的所述右光纖采樣信號(hào)均與所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)相隔g個(gè)光纖采 樣信號(hào)；
[0096]比較所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)值與第一門(mén)限以及所述左光纖采樣信號(hào)與第二門(mén)限， 其中，所述第一門(mén)限為所述h個(gè)左光纖采樣信號(hào)值和所述n個(gè)右光纖采樣信號(hào)值的算術(shù)平均 值z(mì)，所述第二門(mén)限為所述h個(gè)左光纖采樣信號(hào)值和h個(gè)右光纖采樣信號(hào)值中第k個(gè)最小光纖 采樣信號(hào)值；
[0097] 若所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)值大于所述第一門(mén)限，且所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)值大于 第二門(mén)限，則所述檢測(cè)通過(guò)。
[0098] 其中，所述采用雜波圖點(diǎn)檢測(cè)方式對(duì)所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的步驟可包 括：
[0099]根據(jù)所述光信號(hào)的所有采樣光信號(hào)轉(zhuǎn)換得到光纖采樣信號(hào)生成雜波圖，并將所述 雜波圖按照對(duì)應(yīng)光纖不同位置劃分若干個(gè)雜波圖單元；
[0100] 利用所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)所在的雜波圖單元的有限次回波輸入進(jìn)行迭代，以得 到第三門(mén)限；
[0101] 例如，利用公式4對(duì)所述第一光纖采樣信號(hào)所在的雜波圖單元進(jìn)行迭代更新，以得 到第三門(mén)限：
[0103]上式4中，$為所述第三門(mén)限，所述n+1為當(dāng)前所述光信號(hào)的接收序號(hào)，所述k為所 述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)所在的雜波圖單元序號(hào)，qu為第k個(gè)雜波圖單元的第n-1次回波輸出 幅度值，《為遺忘因子。
[0104]比較所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)值與所述第三門(mén)限，若所述第一光纖采樣信號(hào)值大于 所述第三門(mén)限，則所述檢測(cè)通過(guò)。
[0105] 其中，所述采用雜波圖面檢測(cè)方式對(duì)所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的步驟可包 括：
[0106] 根據(jù)所述光信號(hào)的所有采樣光信號(hào)轉(zhuǎn)換得到光纖采樣信號(hào)生成雜波圖，并將所述 雜波圖按照對(duì)應(yīng)光纖不同位置劃分若干個(gè)雜波圖單元；
[0107] 以所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)所在的雜波圖單元為中心，取單元數(shù)為MN的第一空間區(qū) 域，并在所述第一空間區(qū)域中取以目標(biāo)光纖采樣信號(hào)所在的雜波圖單元為中心的第二空間 區(qū)域；
[0108] 由除所述第二空間區(qū)域外所述第一空間區(qū)域的剩余區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算得參考 強(qiáng)度值；
[0109]比較所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)強(qiáng)度與所述參考強(qiáng)度值，若所述目標(biāo)光纖采樣信號(hào)強(qiáng) 度大于所述參考強(qiáng)度值，則所述檢測(cè)通過(guò)。
[011 0] S63:若所述檢測(cè)通過(guò)，則將所述光纖采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的光纖位置確定為振源，且所 述振源類(lèi)型為所述匹配的預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。
[0111] 例如，光纖信號(hào)與上例中的第一預(yù)設(shè)振動(dòng)模型的特征匹配，且檢測(cè)通過(guò)，則該光纖 信號(hào)為振動(dòng)信號(hào)，且判斷振源為行人經(jīng)過(guò)。處理終端計(jì)算出來(lái)該光纖信號(hào)對(duì)應(yīng)的光纖位置， 并還可向相關(guān)設(shè)備發(fā)送信息，以通知該光纖位置有行人經(jīng)過(guò)。
[0112] 第二種振源識(shí)別方式，包括以下步驟：
[0113] S71:處理終端將該光纖信號(hào)劃分為J幀子信號(hào)。
[0114] S72:提取每幀子信號(hào)的特征矢量組成數(shù)組1'[^ = {1'(0)，1'0)，-_，1'(1-1)}，并獲 取預(yù)設(shè)信號(hào)模型的特征矢量組成的數(shù)組R[I] = {R(〇)，R(i)，~，R(I-l)}。
[0115]其中，所述光纖振動(dòng)信號(hào)的特征矢量與所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型的特征矢量的提取方式 一致。
[0116] 例如，處理終端存儲(chǔ)有至少一個(gè)預(yù)設(shè)信號(hào)模型，每個(gè)該預(yù)設(shè)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)包括一 種振源的光纖振動(dòng)信號(hào)的多個(gè)特征矢量R(〇)，R(i)，…，R(I-l)，其中，i為該預(yù)設(shè)信號(hào)模型 的信號(hào)幀的時(shí)序標(biāo)號(hào)，i = 〇為該預(yù)設(shè)信號(hào)模型的起點(diǎn)子信號(hào)幀，i = I-l為該預(yù)設(shè)信號(hào)模型 的終點(diǎn)子信號(hào)幀，因此I為該預(yù)設(shè)信號(hào)模型所包含的子信號(hào)的幀總數(shù)，R(i)為該預(yù)設(shè)信號(hào)模 型第i幀的子信號(hào)的特征矢量。處理終端提取第1幀子信號(hào)至第J幀子信號(hào)的特征矢量一一 依序?qū)?yīng)為T(mén)(0)，T(j)，…，T(J-1)，其中，j為該光纖振動(dòng)信號(hào)的信號(hào)幀的時(shí)序標(biāo)號(hào)，j = 0為 該光纖振動(dòng)信號(hào)的起點(diǎn)子信號(hào)幀，j = J_l為該光纖振動(dòng)信號(hào)的終點(diǎn)子信號(hào)幀，因此J為該光 纖振動(dòng)信號(hào)所包含的子信號(hào)的幀總數(shù)，T(i)為個(gè)該光纖振動(dòng)信號(hào)第j幀的子信號(hào)的特征矢 量。上述I和J均大于1，且兩者可相等或不相等，在此不作限定。
[0117] 值得注意的是，該處理終端提取子信號(hào)的特征矢量的方式與預(yù)設(shè)信號(hào)模型中的特 征矢量的提取方式是一致的，以保證下述兩者的準(zhǔn)確對(duì)比。也即，預(yù)設(shè)信號(hào)模型和光纖振動(dòng) 信號(hào)采用相同類(lèi)型的特征矢量。
[0118] 其中，其提取方式可以為多種，例如為線性預(yù)測(cè)編碼（1 inear predictive coding，LPC)得到的能夠代表該子信號(hào)特征的參數(shù)，如LPC系數(shù)或倒譜系數(shù)。在另一實(shí)施例 中，所述提取每幀信號(hào)的特征矢量的步驟包括:將所述每幀子信號(hào)分別經(jīng)過(guò)LPC分析得到對(duì) 應(yīng)的倒譜系數(shù)，將所述每幀子信號(hào)的倒譜系數(shù)作為其特征矢量。
[0119] S73:確定所述特征矢量T (0)與所述特征矢量R(0)之間的距離g (R(0)，T(0))以及 參數(shù)M〇
[0120]其中，所述M與所述I和J之間的差正相關(guān)。例如，所述M=m+|l-j|，m為一設(shè)定常數(shù)。 在一應(yīng)用中，該m可設(shè)置為I或J的十分之一到三十分之一，且小于10。
[0121] 本實(shí)施例中，處理終端利用公式14計(jì)算得到特征矢量T(0)與所述特征矢量R(0)之 間的距離 g(R(〇)，T(0))。
[0122] g(R(0)，T(0))=2d(T(0)，R(0)) (14)
[0123] 其中，該d的定義請(qǐng)參閱步驟S74的公式16及其相關(guān)描述。
[0124] S74:處理終端根據(jù)所述距離g(R(0)，T(0))，順序計(jì)算所述數(shù)組T[J]每個(gè)特征矢量 T(j)分別與所述數(shù)組R[I]至少部分特征矢量R(i)之間的距離 8(1?(1)，1'(」）），直至計(jì)算得到 所述特征矢量T(J-1)與特征矢量R(I_1)之間的距離g(R(I_l)，T(J-1))。
[0125] 其中，所述g(R(i)，T(j))由g(R(i-l)，T(j))、g(R(i-l)，T(j-l))、或g(R(i)，T(j-l))計(jì)算得到。例如，處理終端利用公式15和公式16計(jì)算得到所述g(R(i)，T(j));
[0128]其中，所述特征矢量T(j)表示為（yi，…，yn)，所述特征矢量R(i)表示為（ X1，…， X n )。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，該距離函數(shù)d也可采用歐氏距離，為
[0129] 其中，每個(gè)特征矢量T( j)對(duì)應(yīng)的所述部分特征矢量R( i)包括所述數(shù)組R[ I ]中的特 征矢量 R(max( j-M，0))至特征矢量 R(min( j+M，I-l))〇
[0130] 上述順序計(jì)算可表示為:按照數(shù)組T[J]的元素順序，計(jì)算每個(gè)特征矢量T(j)與同 一特征矢量R(i)的距離，且按照數(shù)組R[I]的元素順序，計(jì)算其特征矢量R(i)與同一特征矢 量T(j)的距離。如上述公式12,每個(gè)特征矢量T(j)與特征矢量R(i)的距離需依靠其之前特 征矢量之間的距離，故需要按照數(shù)組順序計(jì)算。
[0131] 其中，該S74可具體包括以下子步驟：
[0132] 根據(jù)所述距離g(R(0)，T(0))，順序計(jì)算所述數(shù)組T[J]每個(gè)特征矢量T(j)分別與所 述特征矢量R(〇)之間的距離g(R(〇)，T( j));
[0133] 順序計(jì)算所述數(shù)組T[J]每個(gè)特征矢量T(j)分別與所述數(shù)組R[I]至少部分特征矢 量R(i)之間的距離g(R(i)，T( j))。
[0134] 其中，當(dāng)所述j = 0時(shí)，所述特征矢量T(0)對(duì)應(yīng)的所述部分特征矢量R(i)包括所述 數(shù)組R[ I]中的所有特征矢量，當(dāng)所述j辛〇時(shí)，所述特征矢量T( j)對(duì)應(yīng)的所述部分特征矢量R (i)包括所述數(shù)組R[ I]中的特征矢量R(max( j-M, 1))至特征矢量R(min( j+M, 1-1))。
[0135] S75:計(jì)算所述距離g(R(I-l)，T(J-l))與所述I和所述J的和之間的比，以作為所述 光纖振動(dòng)信號(hào)與所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型的相似距離。
[0136] 例如，處理終端得到匹配至特征矢量R(I-l)和特征矢量T(J-l)的距離g(R(I_l)，T (J-1))后，根據(jù)公式17計(jì)算得到所述光纖振動(dòng)信號(hào)與所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型的相似距離s;
[0138] S76:若所述相似距離滿足設(shè)定條件，則處理終端將所述光纖振動(dòng)信號(hào)的振源類(lèi)型 確定為所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。
[0139] 該設(shè)定條件如為小于設(shè)定相似距離，或者為所有預(yù)設(shè)信號(hào)模型中的最小相似距 離。例如，處理終端存儲(chǔ)多個(gè)預(yù)設(shè)信號(hào)模型，處理終端多次執(zhí)行上述步驟S73-S75,得到每個(gè) 預(yù)設(shè)信號(hào)模型與該光纖振動(dòng)模型的相似距離，將處理終端將光纖振動(dòng)模型的振源類(lèi)型分類(lèi) 為相似距離最小的預(yù)設(shè)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。當(dāng)然，針對(duì)具體應(yīng)用的不同需求，該設(shè)定 條件還可以其他條件，在此不作具體限定。
[0140] 上述匹配方式根據(jù)相似度確定光纖振動(dòng)信號(hào)的振源類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖振動(dòng)信號(hào) 的振源分類(lèi)，且該分類(lèi)方式能夠?qū)φ裨催M(jìn)行準(zhǔn)確分類(lèi)，提高了振源識(shí)別的準(zhǔn)確率，且處理終 端根據(jù)設(shè)定規(guī)則僅計(jì)算數(shù)組T[J]每個(gè)特征矢量T(j)與數(shù)組R[I]部分特征矢量R(i)之間的 距離，減少了運(yùn)算量，提高了識(shí)別速度和效率，節(jié)省了處理終端的處理資源。
[0141] 參閱圖6,本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波裝置一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括：
[0142] 獲取模塊61，用于獲取光纖采樣信號(hào)，其中，所述光纖采樣信號(hào)由光纖反射的光信 號(hào)轉(zhuǎn)換得到；
[0143] 濾波模塊62,用于利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后 的所述光纖采樣信號(hào)。
[0144] 可選的，濾波模塊62具體用于:獲取IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù);根據(jù)所述系統(tǒng)函 數(shù)，將所述光纖采樣信號(hào)作為所述IIR數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0145] 可選地，濾波模塊62還用于采用模擬轉(zhuǎn)換法、零極點(diǎn)累試法或優(yōu)化設(shè)計(jì)法得到所 述IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。
[0146] 可選地，獲取模塊61具體用于對(duì)光纖傳感器檢測(cè)得到的光纖模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換得到光纖數(shù)字信號(hào);利用FPGA采集所述光纖數(shù)字信號(hào)得到所述光纖采樣信號(hào)。
[0147] 可選地，該濾波裝置還包括消噪模塊，用于利用SVD算法對(duì)光纖某一位置的多個(gè)光 纖采樣信號(hào)構(gòu)成的矩陣進(jìn)行奇異值分解得到多個(gè)子矩陣;獲取奇異值最大的所述子矩陣， 并提取所述奇異值最大的子矩陣的每行元素以集合組成一維信號(hào);對(duì)所述一維信號(hào)進(jìn)行小 波消噪后作為所述光纖某一位置產(chǎn)生的光纖信號(hào)。
[0148] 可選地，該濾波裝置還包括識(shí)別模塊，用于判斷所述光纖采樣信號(hào)是否與預(yù)設(shè)振 動(dòng)信號(hào)模型匹配;若匹配，則分析所述光纖采樣信號(hào)在時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性;對(duì)應(yīng)所述光 纖采樣信號(hào)不同時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性，采用不同的檢測(cè)方式對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢 測(cè);若所述檢測(cè)通過(guò)，則將所述光纖采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的光纖位置確定為振源，且所述振源類(lèi)型 為所述匹配的預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。
[0149] 可選地，該濾波裝置還包括識(shí)別模塊，用于將該光纖采樣信號(hào)劃分為J幀子信號(hào)； 提取每幀子信號(hào)的特征矢量組成數(shù)組!'[^ = {1(0)，1'0)，一，1'(1-1)}，并獲取預(yù)設(shè)信號(hào)模 型的特征矢量組成的數(shù)組舡1] = {以〇)，以1)，一，1?(1-1)};確定所述特征矢量1'(0)與所述 特征矢量R(〇)之間的距離g(R(〇)，T(0))以及參數(shù)M;根據(jù)所述距離g(R(0)，T(0))，順序計(jì)算 所述數(shù)組T[J]每個(gè)特征矢量T(j)分別與所述數(shù)組R[I]至少部分特征矢量R(i)之間的距離g (R(i)，T(j))，直至計(jì)算得到所述特征矢量T(J-l)與特征矢量R(I-l)之間的距離g(R(I-l)， 1'(了-1))，其中，所述 8(以1)，1'(]_))由8(以卜1)，1'(]_))^(1?(卜1)，1'(]_-1))、或 8(1?(1)，1'(」-1))計(jì)算得到;計(jì)算所述距離g(R(I-l)，T(J-l))與所述I和所述J的和之間的比，以作為所述 光纖振動(dòng)信號(hào)與所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型的相似距離;若所述相似距離滿足設(shè)定條件，則將所述 光纖振動(dòng)信號(hào)的振源類(lèi)型確定為所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。
[0150] 其中，該處理終端的上述模塊分別用于執(zhí)行上述方法實(shí)施例中的相應(yīng)步驟，具體 執(zhí)行過(guò)程如上方法實(shí)施例說(shuō)明，在此不作贅述。
[0151] 參閱圖7,本發(fā)明光纖信號(hào)的濾波裝置另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置70包括 處理器71、存儲(chǔ)器72、接收器73及總線74。其中，處理器71、存儲(chǔ)器72、接收器73均可以是一 個(gè)或多個(gè)，圖7中僅以一個(gè)為例。
[0152] 接收器73用于接收外部設(shè)備發(fā)送的信息。例如，接收光纖傳感器檢測(cè)得到的光纖 信號(hào)。
[0153] 存儲(chǔ)器72用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，并向處理器71提供所述計(jì)算機(jī)程序，且可存儲(chǔ)處 理器71處理的數(shù)據(jù)，例如接收器73接收到的光纖信號(hào)燈。其中，存儲(chǔ)器72可以包括只讀存儲(chǔ) 器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)中的至少一種。
[0154] 存儲(chǔ)器72存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序包括如下的元素，可執(zhí)行模塊或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或者它 們的子集，或者它們的擴(kuò)展集：
[0155] 操作指令:包括各種操作指令，用于實(shí)現(xiàn)各種操作。
[0156] 操作系統(tǒng):包括各種系統(tǒng)程序，用于實(shí)現(xiàn)各種基礎(chǔ)業(yè)務(wù)以及處理基于硬件的任務(wù)。
[0157] 在本發(fā)明實(shí)施例中，處理器71通過(guò)調(diào)用存儲(chǔ)器72存儲(chǔ)的操作指令(該操作指令可 存儲(chǔ)在操作系統(tǒng)中），用于：
[0158] 通過(guò)接收器73接收光纖傳感器檢測(cè)得到的光纖采樣信號(hào)，其中，所述光纖采樣信 號(hào)由光纖反射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換得到；
[0159] 對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行IIR數(shù)字濾波，得到濾波后的所述光纖采樣信號(hào)。
[0160]可選地，處理器71執(zhí)行對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行IIR數(shù)字濾波包括:獲取IIR數(shù)字 濾波器的系統(tǒng)函數(shù);根據(jù)所述系統(tǒng)函數(shù)，將所述光纖采樣信號(hào)作為所述IIR數(shù)字濾波器的輸 入信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0161] 可選地，處理器71執(zhí)行所述獲取IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的步驟包括:采用模擬 轉(zhuǎn)換法、零極點(diǎn)累試法或優(yōu)化設(shè)計(jì)法得到所述IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。
[0162] 可選地，處理器71還用于：對(duì)光纖傳感器檢測(cè)得到的光纖模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 得到光纖數(shù)字信號(hào);利用FPGA采集所述光纖數(shù)字信號(hào)得到所述光纖采樣信號(hào)。
[0163] 可選地，處理器71還用于:利用SVD算法對(duì)光纖某一位置的多個(gè)光纖采樣信號(hào)構(gòu)成 的矩陣進(jìn)行奇異值分解得到多個(gè)子矩陣;獲取奇異值最大的所述子矩陣，并提取所述奇異 值最大的子矩陣的每行元素以集合組成一維信號(hào);對(duì)所述一維信號(hào)進(jìn)行小波消噪后作為所 述光纖某一位置產(chǎn)生的光纖信號(hào)。
[0164] 可選地，處理器71還用于:判斷所述光纖采樣信號(hào)是否與預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型匹配； 若匹配，則分析所述光纖采樣信號(hào)在時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性;對(duì)應(yīng)所述光纖采樣信號(hào)不同 時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性，采用不同的檢測(cè)方式對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè);若所述檢測(cè) 通過(guò)，則將所述光纖采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的光纖位置確定為振源，且所述振源類(lèi)型為所述匹配的 預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。
[0165] 可選地，處理器71還用于:將該光纖采樣信號(hào)劃分為J幀子信號(hào)；提取每幀子信號(hào) 的特征矢量組成數(shù)組!'[^ = {1(0)，1'0)，一，1'(1-1)}，并獲取預(yù)設(shè)信號(hào)模型的特征矢量組 成的數(shù)組R[I] = {R(0)，R(i)，…，R(I-1)};確定所述特征矢量T(0)與所述特征矢量R(0)之 間的距離g(R(〇)，T(0))以及參數(shù)M;根據(jù)所述距離g(R(0)，T(0))，順序計(jì)算所述數(shù)組T[J]每 個(gè)特征矢量T(j)分別與所述數(shù)組R[I]至少部分特征矢量R(i)之間的距離g(R(i)，T(j))，直 至計(jì)算得到所述特征矢量T(J~1)與特征矢量R(I -1)之間的距尚g(shù)(R(I-l)，T(J-1))，其中， 所述區(qū)(以1)，1'(」_))由 8(1?(卜1)，1'(」_))4(1?(1-1)，1'(」_-1))、或8(1?(1)，1'(」_-1))計(jì)算得到;計(jì) 算所述距離g(R(I-l)，T(J-l))與所述I和所述J的和之間的比，以作為所述光纖振動(dòng)信號(hào)與 所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型的相似距離;若所述相似距離滿足設(shè)定條件，則將所述光纖振動(dòng)信號(hào)的 振源類(lèi)型確定為所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。
[0166] 上述處理器71還可以稱為CPU(Central Processing Unit，中央處理單元）。具體 的應(yīng)用中，終端的各個(gè)組件通過(guò)總線74耦合在一起，其中總線74除包括數(shù)據(jù)總線之外，還可 以包括電源總線、控制總線和狀態(tài)信號(hào)總線等。但是為了清楚說(shuō)明起見(jiàn)，在圖中將各種總線 都標(biāo)為總線74。
[0167] 上述本發(fā)明實(shí)施方式揭示的方法也可以應(yīng)用于處理器71中，或者由處理器71實(shí) 現(xiàn)。處理器71可能是一種集成電路芯片，具有信號(hào)的處理能力。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，上述方法的 各步驟可以通過(guò)處理器71中的硬件的集成邏輯電路或者軟件形式的指令完成。上述的處理 器71可以是通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)成可編程門(mén)陣列 (FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門(mén)或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。可以實(shí)現(xiàn)或 者執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施例中的公開(kāi)的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或 者該處理器也可以是任何常規(guī)的處理器等。結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例所公開(kāi)的方法的步驟可以直 接體現(xiàn)為硬件譯碼處理器執(zhí)行完成，或者用譯碼處理器中的硬件及軟件模塊組合執(zhí)行完 成。軟件模塊可以位于隨機(jī)存儲(chǔ)器，閃存、只讀存儲(chǔ)器，可編程只讀存儲(chǔ)器或者電可擦寫(xiě)可 編程存儲(chǔ)器、寄存器等本領(lǐng)域成熟的存儲(chǔ)介質(zhì)中。該存儲(chǔ)介質(zhì)位于存儲(chǔ)器72,處理器71讀取 相應(yīng)存儲(chǔ)器中的信息，結(jié)合其硬件完成上述方法的步驟。
[0168] 上述方案中，處理終端采用IIR數(shù)字濾波器對(duì)光纖采樣信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波，從而降 低信號(hào)處理的數(shù)據(jù)量，且有效濾除光纖采樣信號(hào)中的一些干擾數(shù)據(jù)，故可提高光纖環(huán)境狀 況識(shí)別的準(zhǔn)確性。
[0169] 在本發(fā)明所提供的幾個(gè)實(shí)施方式中，應(yīng)該理解到，所揭露的方法以及裝置，可以通 過(guò)其它的方式實(shí)現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實(shí)施方式僅僅是示意性的，例如，所述模塊或 單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，例如多個(gè)單元 或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。
[0170]所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開(kāi)的，作為單元顯 示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè) 網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式方案的 目的。
[0171]另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理單元中，也可 以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中。上述集成的 單元既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)。
[0172]上述其他實(shí)施方式中的集成的單元如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立 的產(chǎn)品銷(xiāo)售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明 的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以 以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用 以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備（可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）或處理器 (processor)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包 括：U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、只讀存儲(chǔ)器（R0M，Read_0nly Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤(pán)等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光纖信號(hào)的濾波方法，其特征在于，包括： 處理終端獲取光纖采樣信號(hào)，其中，所述光纖采樣信號(hào)由光纖反射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換得到； 利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述光纖采樣信號(hào)。2. 如權(quán)利要求1所述的濾波方法，其特征在于，所述利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采 樣信號(hào)進(jìn)行濾波的步驟包括： 獲取Π R數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)； 根據(jù)所述系統(tǒng)函數(shù)，將所述光纖采樣信號(hào)作為所述IIR數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)進(jìn)行濾 波。3. 如權(quán)利要求2所述的濾波方法，其特征在于，所述獲取IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的 步驟包括： 采用模擬轉(zhuǎn)換法、零極點(diǎn)累試法或優(yōu)化設(shè)計(jì)法得到所述IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。4. 如權(quán)利要求1所述的濾波方法，其特征在于，所述獲取光纖采樣信號(hào)的步驟包括： 對(duì)光纖傳感器檢測(cè)得到的光纖模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到光纖數(shù)字信號(hào)； 利用高速數(shù)據(jù)采集卡FPGA采集所述光纖數(shù)字信號(hào)得到所述光纖采樣信號(hào)。5. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的濾波方法，其特征在于，還包括： 利用奇異值分解SVD算法對(duì)光纖某一位置的多個(gè)光纖采樣信號(hào)構(gòu)成的矩陣進(jìn)行奇異值 分解得到多個(gè)子矩陣； 獲取奇異值最大的所述子矩陣，并提取所述奇異值最大的子矩陣的每行元素以集合組 成一維信號(hào)； 對(duì)所述一維信號(hào)進(jìn)行小波消噪后作為所述光纖某一位置產(chǎn)生的光纖信號(hào)。6. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的濾波方法，其特征在于，所述利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所 述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述光纖采樣信號(hào)的步驟之后，還包括： 判斷所述光纖采樣信號(hào)是否與預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型匹配； 若匹配，則分析所述光纖采樣信號(hào)在時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性； 對(duì)應(yīng)所述光纖采樣信號(hào)不同時(shí)域和空域的平穩(wěn)特性，采用不同的檢測(cè)方式對(duì)所述光纖 采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)； 若所述檢測(cè)通過(guò)，則將所述光纖采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的光纖位置確定為振源，且所述振源類(lèi) 型為所述匹配的預(yù)設(shè)振動(dòng)信號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。7. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的濾波方法，其特征在于，所述利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所 述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述光纖采樣信號(hào)的步驟之后，還包括： 將該光纖采樣信號(hào)劃分為J幀子信號(hào)； 提取每幀子信號(hào)的特征矢量組成數(shù)組T[J] = {T(0)，T(j)，-_，T(J_l)}，并獲取預(yù)設(shè)信 號(hào)模型的特征矢量組成的數(shù)組R[I] = {R(〇)，R(i)，-_，R(I_l)}; 確定所述特征矢量T(0)與所述特征矢量R(0)之間的距離g(R(0)，T(0))以及參數(shù)Μ; 根據(jù)所述距離g(R(〇)，T(0))，順序計(jì)算所述數(shù)組T[J]每個(gè)特征矢量T(j)分別與所述數(shù) 組R[I]至少部分特征矢量R(i)之間的距離g(R(i)，T(j))，直至計(jì)算得到所述特征矢量T(J-1)與特征矢量R(I-l)之間的距離8(1?(1-1)，1(1-1))，其中，所述8(1?(1)，1'(」））由8(1?(卜1)， 1'(」_))^(1?(卜1)，1'(」-1))、或8(1?(1)，1'(」-1))計(jì)算得到； 計(jì)算所述距離g(R(I-l)，T(J-l))與所述I和所述J的和之間的比，以作為所述光纖振動(dòng) 信號(hào)與所述預(yù)設(shè)信號(hào)模型的相似距離； 若所述相似距離滿足設(shè)定條件，則將所述光纖振動(dòng)信號(hào)的振源類(lèi)型確定為所述預(yù)設(shè)信 號(hào)模型對(duì)應(yīng)的振源類(lèi)型。8. -種光纖信號(hào)的濾波裝置，其特征在于，包括： 獲取模塊，用于獲取光纖采樣信號(hào)，其中，所述光纖采樣信號(hào)由光纖反射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換 得到； 濾波模塊，用于利用IIR數(shù)字濾波器對(duì)所述光纖采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，得到濾波后的所述 光纖米樣信號(hào)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述濾波模塊具體用于:獲取IIR數(shù)字濾波 器的系統(tǒng)函數(shù);根據(jù)所述系統(tǒng)函數(shù)，將所述光纖采樣信號(hào)作為所述IIR數(shù)字濾波器的輸入信 號(hào)進(jìn)行濾波。10. -種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括光纖傳感器及處理終端； 所述光纖傳感器用于在一端發(fā)出第一光信號(hào)，并從所述一端接收由所述第一光信號(hào)反 射得到的第二光信號(hào)； 所述處理終端用于對(duì)所述第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的光纖電信號(hào)進(jìn)行IIR數(shù)字濾波，其中，所述 處理終端包括權(quán)利要求8或9所述的光纖信號(hào)的濾波裝置，以對(duì)所述光纖電信號(hào)進(jìn)行IIR數(shù) 字濾波。
【文檔編號(hào)】G01D5/36GK106052728SQ201610457728
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】劉博宇, 曹文慧, 宋善德, 劉本剛, 李建彬, 魏照
【申請(qǐng)人】深圳艾瑞斯通技術(shù)有限公司