基于相空间重构的光纤周界安防入侵信号识别与定位算法研究

摘要

光纤周界安防系统由传统报警向模式识别、入侵定位等智能化方向发展，并在多行业中取得了广阔的应用。由于光纤周界安防系统中入侵信号的非线性、非平稳性和间歇性等特点，难以准确判定光纤入侵信号的类型和入侵点的位置。本文针对入侵信号的动力学特性和能量分布特征，采用相空间重构和复小波包变换等方法分析时序信号特征，通过支持向量机和自适应小波阈值滤波对入侵信号类型识别与入侵点定位进行分析研究，以降低周界入侵防范的误报率与漏报率，提高入侵信号的定位精度。　　论文主要研究工作如下:　　1、构建光纤周界安防系统模型。基于弹光效应理论，分析光纤周界安防系统入侵信号特点。获取基于M-Z干涉技术的光纤周界安防系统的入侵信号的时频特性，建立光纤周界安防系统模型，为入侵信号类型识别与入侵点的定位提供了分析依据。　　2、构建一种基于相空间重构和复小波包变换的光纤周界振动信号特征提取模型。采用双门限法截取疑似入侵振动时序信号;基于混沌信号分析理论，采用互信息法和Takens定理求得入侵信号嵌入维数，实现对光纤入侵时序信号非线性特性动力学相空间轨迹的估计;针对光纤入侵信号时间序列数据的非线性、非平稳性和间歇性，采用复小波包变换，提取入侵振动时序信号的多分辨率与多相位角度的特征信息，使其具有更强的非线性逼近与随机性估计能力;采用PCA法对特征向量降维，减小特征的信息量。　　3、构建基于支持向量机的分类识别模型。采用网格参数寻优算法、遗传算法和粒子群算法求解SVM的最优参数，用不同的最优参数对特征信息进行SVM分类识别，使得该模型具有较好的分类识别效果。　　4、构建一种基于自适应小波阈值去噪的去噪模型。采用自适应小波阈值去噪对入侵振动信号进行去噪处理，排除无效信号的干扰，为互相关法对入侵点的定位提供了可靠数据。

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声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 课题研究现状与发展趋势

1．3 论文的研究内容与章节安排

1．3．1 论文的研究内容

1．3．2 论文的章节安排

第二章 光纤周界安防系统结构与入侵振动信号特性研究

2．1 基于M-Z干涉技术的光纤周界安防系统结构

2．1．1 光纤传感器的相位调制理论研究

2．1．2基于 M-Z干涉技术的传输光信号相位频率变化模型分析

2．2 光纤周界安防系统入侵振动信号的特性分析

2．2．1 光纤周界安防系统不同铺设方式下的入侵类型

2．2．2 入侵振动信号的特性分析

2．3 入侵振动信号混沌特性分析

2．4．1 系统噪声分析

2．4．2 环境噪声分析

2．5 本章小结

第三章 入侵振动信号特征提取研究

3．1 入侵时序信号的截取

3．2 相空间重构

3．3 复小波包特征获取

3．4 基于主成分分析(PCA)的特征简约

3．5 本章小结

第四章 入侵振动信号分类识别研究

4．1 基于支持向量机的参数寻优算法

4．1．1 网格参数寻优

4．1．2 遗传(GA)参数寻优

4．1．3 粒子群(PSO)参数寻优

4．2 入侵振动信号类型识别

4．3 本章小结

第五章 入侵点定位研究

5．1 去噪处理

5．1．1 双门限法去噪

5．1．2 自适应阈值函数小波阈值去噪

5．2 入侵点定位

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 今后研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况