《複雜噪聲下相敏光時域反射儀感測信息提取與處理》是依託電子科技大學,由吳慧娟擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：複雜噪聲下相敏光時域反射儀感測信息提取與處理
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳慧娟
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相敏光時域反射儀能夠實現長距離、多點微弱擾動同時檢測與定位，在周界安防、長輸管道及大型結構安全監測等領域套用廣泛。申請人所在項目組在國內率先開展該技術的研究，感測距離和空間解析度已達到國際領先水平。但在套用中發現，其對環境中複雜噪聲同時敏感，誤報率較高，信號的非線性特徵導致識別困難，現有信號處理方法無法滿足實際套用要求。因此本項目以解決複雜噪聲下光纖感測信號檢測與識別的科學難題為目標開展創新研究：根據信號時頻結構與分布差異，提出基於多尺度分析和自適應時頻分解的信噪及信號物理分離方法；引入分形理論挖掘複雜非線性信號內在規律性特徵，提出基於時空分形特徵譜和能量譜的信號檢測與定位方法；提出結合多尺度分形特徵的多域特徵融合方法，提高典型信號識別率。項目研究不僅滿足國家重大安全監測需求，其成果能推廣套用於其他干涉型光纖檢測系統中，對於推動光纖感測信息提取與處理技術的發展具有普遍的重要意義。
結題摘要
本項目以解決複雜噪聲下光纖感測信號檢測與識別的科學難題為目標開展研究，分別解決了相敏光時域反射儀（Φ-OTDR）信噪及信號物理分離方法，基於多分析域的可分辨特徵提取方法，以及基於多域特徵融合的典型信號識別方法三大問題，並提出基於圖像處理方法進行分散式光纖感測陣列信號檢測與識別的新方法。最後，將研究成果全部進行套用轉化。該研究滿足國家重大安全監測需求，具有普遍的重要意義。通過本項目完成的具體內容包括： （1）完成基於Φ-OTDR的埋地管道與埋地線纜安全監測的實際現場數據採集及火車、汽車等交通干擾、人為擾動及機械挖掘等典型事件資料庫建立； （2）對Φ-OTDR信號產生機制與非線性混疊機理進行了理論研究，提出基於多尺度分析的信噪及信號物理分離方法，檢測信號信噪比提高 ~25dB，解決了Φ-OTDR感測信號和干擾噪聲物理分離的難題； （3）基於感測信號時頻結構與分布差異特點，提取了感測信號的小波及小波包能量譜特徵，以及針對感測信號隨時間變化的非線性特徵，提取了信號的奇異譜特徵，研究了基於不同類型特徵的不同事件識別結果； （4）構建三層後向反饋（BP）神經網路，完成對典型背景信號、人為擾動信號及其他非平穩時變聲音干擾信號的智慧型識別；提出基於主分量分析(PCA)的感測信號及特徵降維方法，結合BP神經網路實現感測信號分類和識別； （5）構建光時域反射儀時空信號二維演化譜，提出通過邊緣檢測及非線性濾波等圖像處理方法進行事件目標檢測、定位和識別的新方法； （6）研究成果全部進行套用轉化，基於研究的樣機系統拓展了分散式光纖感測技術在國境線邊防管控、埋地油氣管道、輸電線纜、供水管道等安全監測中的套用。 項目培養碩士研究生16名，總計發表SCI檢索論文2篇，EI檢索期刊論文2篇；參加國際會議交流10人次，發表EI檢索會議論文10篇，其他會議論文3篇；申請中國發明專利11項，申請美國發明專利1項，獲授權中國發明專利8項，登記計算機軟體著作權總計9項。
