光学 精密工程
2022, 30(13): 1591
1 中国电子科技集团公司 第三十四研究所, 广西 桂林 541004
2 中国人民解放军国防科技大学, 长沙 410073
相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)已广泛应用在防入侵检测、建筑结构的裂缝健康检测和管道检测, 但其准确性和抗噪性能还需要提高。提出了一种基于Φ-OTDR的智能识别系统, 该系统采用神经网络算法进行智能识别, 并对振动强度进行识别概率化处理。实验结果表明: 提出的系统能够准确识别并定位入侵行为, 定位精度达到5 m以内。
相位敏感光时域反射计 入侵检测 特征提取 phase-sensitive optical time domain reflectometer intrusion detection feature extraction
1 贵州大学现代制造技术教育部重点实验室, 贵州 贵阳 550025
2 贵州大学机械工程学院, 贵州 贵阳 550025
3 贵州大学公共大数据国家重点实验室, 贵州 贵阳 550025
为了提高入侵检测系统的准确率,提出一种基于乌鸦搜索算法的反向传播(CSA-BP)神经网络模型。BP神经网络是解决非线性问题的重要方法,但是其预测能力容易受到初始参数的影响。针对这一问题,将相对百分误差作为模型的目标函数,通过乌鸦搜索算法极强的全局搜索能力找到最优权值和阈值。然后,利用5组标准的数据集对CSA-BP模型进行验证。最后,将CSA-BP算法用于入侵检测系统,结果表明,该算法使入侵检测系统准确率更高,达到了96.6%,且加快了收敛速度。
图像处理 入侵检测 反向传播神经网络 乌鸦搜索算法 参数优化 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0610006
济源职业技术学院 教务处，河南 济源 459000
针对基于无线传感网络(WSN)的关键基础设施安全监测问题，提出一种基于数据融合阶段的自适应入侵检测算法。该算法以基于权重的簇化网络结构为基础，利用异常检测子系统和误用检测子系统分别检测已知攻击和未知攻击，然后通过跟踪2个子系统接收操作特征(ROC)和奖惩机制，自动调整转发至2个子系统的融合数据比例，即可实现在数据融合阶段对关键基础设施的自适应入侵检测。仿真分析表明：该算法的准确率和检测率高达99.6%和94.9%以上，与其他经典入侵检测系统相比，可分别至少提高0.5%和10.2%左右。
无线传感网络 数据融合 入侵检测 接收操作特征 Wireless Sensor Networks data fusion intrusion detection Receiver Operating Characteristic 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 1093
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
基于激光干涉原理，建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤分布式扰动传感器多点同时扰动的信号模型.在此基础上，通过数值模拟研究了多点同时扰动对传感器定位准确度的影响，明确了多个扰动信号同时作用时扰动的幅值比和位置差不同情况下传感器的定位准确度.仿真结果表明：当多点同时扰动的信号幅度差别大于等于20倍时，可以给出较强扰动的定位信息；当多点同时扰动的空间距离小于等于100 m时，可以近似看成单点扰动.在光路中增加偏振分束器来抑制偏振衰落的影响，并采用信号发生器对实验光路中的两个压电换能器同时施加正弦信号来模拟扰动进行实验.实验结果表明：在5 km和10 km的位置同时施加扰动，当两个扰动的幅值比大于等于20时，距离较强扰动点的最大定位误差的最大值为200 m；在5 km和5.05 km位置同时施加幅值比为1的扰动，距离5 km位置的最大定位误差为200 m，验证了仿真结果的正确性.该研究为多点同时扰动条件下光纤分布式扰动传感器定位准确度的提高和误报率的降低提供了理论指导.
传感器技术 多点扰动 相关方法 光纤传感器 马赫-泽德干涉仪 定位 入侵检测 Sensors Multiple disturbances Correlation methods Optical fiber sensor Mach-Zehnder interferometers Location Intrusion detection
电子科技大学 光纤传感与通信教育部重点实验室, 成都 611731
基于高灵敏度光纤布喇格光栅振动传感器，提出了一种光纤围栏入侵监测系统及其模式识别方法.该方法通过具有自适应动态阈值的时域统计特征提取算法对异常事件信号进行特征提取，将特征矢量输入到一个基于三层BP神经网络而设计的分类器中对目标事件进行识别和分类.通过仿真目标信号和实际采样数据进行测试，对系统的报警识别率进行了验证，结果表明：对于仿真信号，系统的平均正确识别率达到了100%；对于实际采样数据，系统的平均正确识别率可以达到96.83%.
信号处理 光纤传感器 模式识别 入侵检测 光纤布喇格光栅 准分布式光纤围栏 事件分类 Signal processing Fiber optic sensors Pattern recognition Intrusion detection Fiber Bragg Grating (FBG) Quasi-distributed fiber-optical fence Event classification
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
基于多波干涉原理，建立了基于相位敏感光时域反射计(OTDR)的光纤分布式扰动传感器（FDDS）光路系统数学模型，研究了激光器频率漂移对相位敏感OTDR定位精度的影响机理。仿真结果表明：激光器的频率漂移是导致传感器定位精度和信噪比降低的关键因素，当激光器的频率漂移分别高于25 MHz/min和30 MHz/min时，依据移动平均和有扰动减无扰动定位方法以及移动平均和移动差分算法得到的传感器信噪比低于2 dB，定位算法失效。采用频率漂移速率分别为3 MHz/min和190 MHz/min的激光器进行实验，实验结果表明：频率漂移速率为3 MHz/min的激光器通过所述的两种定位方法得到的定位误差均为100 m；频率漂移速率为190 MHz/min的激光器无法实现扰动的定位。研究结论为激光器的选型以及提高传感器的定位精度提供了理论指导。
光纤光学 传感器 频率漂移 相干瑞利散射 光纤分布式扰动传感器 入侵检测 相位敏感光时域反射计
1 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250014
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
当光纤受到扰动时,通过光纤中的光将发生强度、振幅、或相位等变化。通过检测这种光的变化量可以探测外界的入侵行为。基于马赫-曾德尔干涉原理设计了一种新型干涉式光纤入侵监测系统。通过光纤对入侵者的振动敏感,实现对入侵准确定位。通过差分检测提高了检测灵敏度,从而实现相位变化的解调。该系统结构简单,检测灵敏度高,抗电磁干扰能力强,可以实现远程监测。
光纤光学 安防 入侵检测 马赫-曾德尔干涉 fiber optics security-monitoring intrusion detection Mach-Zehnder interference
北京邮电大学 信息光子学与光通信研究院 信息光子学与光通信教育部重点实验室,北京 100876
基于布里渊时域分析(BOTDA)对温度和应变的检测原理,构建了分布式光纤传感入侵定位系统。该系统只检测应变事件位置,不检测温度和应变绝对值,因此简化了BOTDA技术中复杂的频率检测方法。系统以脉冲光作为抽运光,反方向传输的连续光作为探测光。分析表明该入侵定位系统在抽运光产生的布里渊峰值频率小于连续光的频率时具有较高的灵敏度,存在一最佳频率偏移使探测灵敏度最高。当传感光纤所处温度改变时,可以通过调节抽运光频率使系统始终保持最佳的灵敏度。
光纤光学 分布式光纤传感 布里渊时域分析 入侵检测 应变检测
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 200072
2 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200072
提出了一种直线式萨尼亚克(Sagnac)干涉仪入侵检测系统。该系统通过传感光纤末端连接法拉第旋转镜(FRM)构成直线式检测结构，可用作各种区域的光纤围栏。实验证实人行走引起的干涉输出是宽频信号，可利用求入侵信号零点频率的方法进行定位。对入侵引起的干涉信号的频谱分析发现，在特定条件下其与內嵌的入侵信号呈倍频关系。因此，提出由干涉信号的零点频率除以2得到入侵信号零点频率的方法，不必再用相位生成载波(PGC)技术对入侵信号进行解调。数值计算证明了该方法的可行性。把噪声信号驱动的压电陶瓷(PZT)调制器串接进传感光纤进行实验室模拟实验。传感光纤长11 km时平均定位误差为170 m，相对误差为1.5%。这表明利用获取零点频率的方法，该系统能较好地定位入侵。
传感器 光纤围栏 直线式Sagnac干涉仪 零点频率 入侵检测 定位
