《M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统模式识别方法》.pdf

第43卷第 8期 红外与激光工程 2014年 8月 VOl-43NO．8 InrfaredandLaserEngineering Aug．2014 M—Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统模式识别方法 王思远 ，娄淑琴 ，梁 生 。，陈京惠 (1．北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044；2．北京交通大学 理学院，北京 100044) 摘 要：针对M—z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统输 出信号短时频率随外界扰动变化的特征 ，提 出了基于短时频率一时间特性 的模式识别算法。采用提取短时过电平率来描述传感信号的短时平均 频率一时间特性 ，并将提取 出来的时频特性分段后建立相应的特征元素模型，通过动态规划算法 (DTW)筛选出最优特征元素模型，将信号所有最优模型的参数作为信号特征输入到人工神经网络 (ANN)进行学习和判决，降低 了ANN的训练难度 以及对时间的敏感性，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 0．26S之 内，平均识别准确度在 97％以上。 关键词 ：光纤分布式扰动传感系统 ； Mach—Zehnder干涉仪 ； 频率一时间特性 ； 模式识别 中图分类号 ：TP212 文献标志码 ：A 文章编号 ：1007—2276(2014)08—2613—06 Patternrecognitionmethodoffiberdistributeddisturbancesensing system basedonM—Z interferometer W ang Siyuan，LouShuqin，LiangSheng。，ChenJinghui (1．SchoolofElectronicandInformationEngineering，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China 2．SchoolofScience，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China) Abstract：A rfequency-time based paUern recognition method waspresented for recognizing different disturbancemodesin fiberdistributed disturbance sensing system based onM —Z interferometerby using hterfequencyofoutputinterferometersignalinrelationtotheexternaldisturbnace signa1．Therfequency— timecharacteristic wasmeasured by using hte ratewhich hte outputsignalscrossed hte presetaverage leve1．Then rfequency—time chraacteristic wassegmented and hte corresponding feature elementmodel couldbesetup．Theoptimum modelswereselectedbyusingdynamictimewarping (DTW)algorithm， andthenhteyweresenttotheartificialneuralnetwork (ANN)tocarryouttrainingandjudging．This mehtodcouldeffectivelyreducehtedifficultyoftrainingnadjudginghtesignalnadtimesensit