国家自然科学基金(61205068)
- 作品数：15 被引量：127H指数：7
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- 基于EMD-AWPP和HOSA-SVM算法的分布式光纤振动入侵信号的特征提取与识别被引量：27
- 2016年
- 针对传统的信号处理方法无法有效区分不同振动入侵信号,提出一种基于EMD-AWPP和HOSASVM算法的振动信息特征提取与识别方法,用于解决分布式光纤振动入侵检测系统的高精度信号识别问题。处理不同振动类型时,该方法首先利用基于经验模态分解的自适应小波包处理算法,不仅对信号的低频部分进行了分解,而且对高频部分即信号的细节部分也进行了更好的时频局部化处理,改善了信号特征提取精度,减少传感信号异常值的影响;其次采用高阶谱分析中的双谱和双相干谱,精确提取包含不同振动入侵信号类型的特征矢量;最后在BPNN参比模型的基础上,用粒子群算法优化SVM的识别参数,使识别模型具有更强的自适应和自学习能力,克服了神经网络易陷入局部最优的不足之处,实现不同振动入侵信号的特征矢量识别。分析结果表明,针对不同类型的入侵源识别,该方法可以有效剔除随机噪声的影响,提取传感信息的特征矢量,降低异常值的影响,算法的预测类别与输出类别几乎一致,振动识别的精确率达到95%以上,识别效果明显强于BPNN网络的检测算法,提高了信息分析的准确性。
- 张燕君刘文哲付兴虎毕卫红
- 关键词：分布式光纤传感经验模态分解
- 基于包层模谐振的三包层石英特种光纤温度传感特性被引量：6
- 2016年
- 提出了一种基于包层模谐振的光纤温度传感器.它是通过将三包层石英特种光纤(TCQSF)两端分别与普通单模光纤(SMF)电弧熔接构成的SMF-TCQSF-SMF结构.根据耦合模理论,首先将TCQSF等效为三个同轴波导,按各波导模场的分布特点标量计算其传输模式的色散曲线,并深入研究其耦合长度与传输谱线之间的关系;其次根据光纤的热光效应及热膨胀效应,分析计算该传感器的温度灵敏度;最后选取耦合长度为一个拍长时的传感器进行温度传感实验.实验结果表明,在35—95℃的温度变化范围内,其温度灵敏度为73.74 pm/℃,与理论计算结果一致.因此,该传感器具有结构简单、制备容易、灵敏度高、包层模激发可控等优点,可用于工业生产、生物医学等温度传感领域.
- 付兴虎谢海洋杨传庆张顺杨付广伟毕卫红
- 关键词：温度传感器耦合模理论
- 基于锥形光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉的曲率传感器实验研究被引量：21
- 2015年
- 提出了一种基于锥形光子晶体光纤（TPCF）马赫-曾德尔干涉的曲率传感器。它是通过将光子晶体光纤（PCF）两端与普通单模光纤（SMF）电弧熔接,并对PCF进行拉锥构成的SMF-TPCF-SMF结构,总长度为20 mm。在传感器制备过程中,通过调节熔接机的相关参数,使得熔接点处PCF空气孔完全塌陷,以便更好地激发包层模式,同时通过选择合适的PCF长度和拉锥长度使得传感器具有较高的曲率灵敏度。实验结果表明,随着传感器曲率的不断增大,其传输光谱出现明显蓝移现象。在0~1.16 m-1的曲率范围内,其曲率灵敏度为-5.39297 nm/m-1,且具有较好的线性度。该传感器具有结构简单、易于制造、灵敏度高等优点,且与其他结构传感器相比,能够消除温度的交叉敏感问题,可用于桥梁、建筑、道路等曲率传感领域。
- 付兴虎谢海洋朱洪彬付广伟毕卫红
- 关键词：光纤光学马赫-曾德尔干涉仪曲率
- 基于BSS和BPNN-DS算法的光纤入侵传感网络信息的高精度识别被引量：7
- 2016年
- 采用传统单路传感光纤实现对信息特征的测量,常由于交叉敏感等不可控因素使测量数据出现异常值,导致信息分析偏差较大,识别准确度低。因此,提出了一种基于双相干谱、样本熵和奇异值分解(BSS)和反向传播神经网络(BPNNDS)算法的多路光纤入侵传感系统信息的特征提取与识别方法。针对含3路传感光纤的布里渊光时域反射(BOTDR)传感入侵检测系统,该方法利用BSS算法分别对不同入侵类型的多路信号进行特征提取;采用BPNN算法对不同入侵振动特征矢量进行分类;经Dempster Shafer(DS)证据理论算法对多路传感光纤的时空信息进行融合。数值分析与仿真实验结果表明,提出的信息提取方法可以有效提取出多路传感网络的信息特征,且使用BPNN-DS证据理论的多路信息融合方法能够准确识别多路入侵传感网络的信号类型,具有较高的准确度和可信度。
- 张燕君刘文哲付兴虎
- 关键词：分布式光纤传感奇异值分解
- 基于TTDF和CNS算法的多路BOTDR散射谱信息高精度分析研究被引量：10
- 2015年
- 传统的BOTDR光纤传感系统采用单路传感光纤实现对信息特征的测量,交叉敏感等不可控因素会使散射谱拟合精度较低,信息分析偏差较大。设计了一种同时对多路传感信息进行检测的BOTDR系统。针对基于布里渊光时域反射(BOTDR)的多路传感散射谱高精度特征提取的要求,提出了一种三次数据融合(TTDF)与布谷鸟牛顿搜索(CNS)相结合的散射谱信息分析方法。该方法利用TTDF对信息数据的融合能力,根据狄克逊准则和格拉布斯准则,剔除了异常值的影响,减小了传感信号的误差;采用布谷鸟牛顿搜索算法进行频谱拟合,不仅通过布谷鸟的智能搜索能力得到全局最优解,而且以该最优解作为牛顿算法的初值进行局部寻优,保证了频谱拟合的精度,提高了布里渊散射谱信息分析的准确度。在温度信息散射谱线性权重比为1∶9的情况下,分析了不同线宽散射谱信息的提取。采用该方法进行多路数据融合的方差约为0.003 0,散射谱的中心频率约为11.213GHz,温度误差小于0.15K。理论分析和仿真结果表明,将此方法用于基于布里渊光时域反射的多路分布式光纤传感系统,可有效提高多路传感信号的准确度和布里渊散射谱信息分析的精确度。
- 张燕君刘文哲付兴虎毕卫红
- 关键词：分布式光纤传感
- 一种基于多准则决策和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱的特征提取方法被引量：3
- 2016年
- 采用传统方法对多峰Brillouin散射谱进行拟合的过程中,通常是以谱线最大功率点为基准的,却忽略了其他比该点小但却是极值的功率点。这样获得的拟合曲线通常只有一个峰值,相当于把除最高峰之外还有多个小峰的多峰Brillouin散射谱进行了简化,导致大量有用信息的丢失。为了提高Brillouin散射谱的特征提取精度,提出了一种基于MCDM和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱特征提取方法(MCDM-PSO-LM)。MCDM可以识别和准确定位多峰Brillouin散射谱的各个波峰和波谷;PSO-LM混合优化算法可以实现分别对各个波峰和波谷的曲线进行拟合并找到每一个波峰的中心频率,该算法既克服了PSO算法过早收敛于局部极值和LM算法依赖初值的问题,又可以将PSO算法的全局搜索能力和LM算法的局部收敛能力结合在一起。较传统算法而言,MCDM--PSO—LM算法保证了对最优值求解的速度和精度,提高了运算能力,使解析解最大限度地接近最优值。分别在不同信噪比和不同线宽条件下进行仿真验证,频移和温度误差分析结果表明,MCDM--PSO—LM方法可以对多峰Brillouin散射谱的各个波峰与波谷进行准确定位,可用于多峰Brillouin散射谱的特征提取,识别效果明显强于传统算法,提高了信息分析的准确性。
- 张燕君贾伟付兴虎李达宇春娟
- 关键词：多准则决策
- 基于GA-QPSO混合算法的Brillouin散射谱特征提取方法被引量：10
- 2016年
- 提出了一种将遗传算法(GA)和量子粒子群(QPSO)算法相结合的新优化算法,该算法通过运用GA中的交叉和变异算子操作来优化QPSO算法,提高QPSO的全局搜索能力,克服其易陷入局部极值的缺点。将其应用到PseudoVoigt型布里渊散射谱特征提取,对不同权重比、不同线宽和不同信噪比下的布里渊散射谱进行了参数估计和分析,通过采集不同温度时的布里渊散射谱实验数据,利用GA-QPSO算法对实验数据进行处理。实验结果表明,利用GA-QPSO算法可以提高布里渊散射谱的频移提取精度,当温度为25℃时,频移拟合误差最大为2.18 MHz,且随着温度的升高,平均拟合误差逐渐减小,在80℃时的频移拟合误差最大为0.065 MHz。因此,将该算法用于布里渊散射温度和应变传感系统,在提高空间分辨率、检测精度等方面具有很好的应用前景。
- 张燕君徐金睿付兴虎
- 关键词：分布式光纤传感量子粒子群算法
- 基于G-Simplex编码的BOTDR信号处理模型研究被引量：3
- 2015年
- 针对布里渊光时域反射(BOTDR)光纤传感系统对传感距离和信号检测的要求,提出了一种基于Golay编码和Simplex编码的混合G-Simplex编码技术,并混合使用G-Simplex编码与叠加平均算法对BOTDR信号进行了处理。结果表明,该方法在保证系统空间分辨率的情况下,采用一定的编码长度提高了系统的信噪比,增加传感距离;在去噪效果相同的情况下,可以增强脉冲响应强度,大幅度减少平均叠加次数,降低弱信号检测的难度。
- 刘文哲张燕君付兴虎毕卫红
- 关键词：信号处理布里渊散射
- 微波电光调制BOTDR系统中参考光功率稳定控制被引量：3
- 2015年
- 在基于微波电光调制的布里渊光时域反射分布式温度传感系统中,使用微波扫频会造成电光调制器输出的参考光功率波动,根据相干检测的原理,参考光功率的波动会影响到测得的后向布里渊散射信号的功率,将直接影响布里渊散射谱的测量精度,导致较大的温度测量误差。因此,提出一种根据电光调制器输出光功率反馈调节微波源功率,以稳定布里渊光时域反射系统参考光功率的方法。实验结果表明,该方法可以有效抑制电光调制器输出的一阶边波带峰值功率的波动,使系统的温度测量精度从6℃提高到了2℃。
- 毕卫红李敬阳杨希鹏付兴虎付广伟
- 关键词：稳定控制
- 基于自适应变异果蝇优化算法和广义回归神经网络的布里渊散射谱特征提取被引量：9
- 2015年
- 针对布里渊光时域反射光纤传感系统散射谱的高精度特征提取的要求,提出了一种基于自适应变异果蝇优化算法和广义回归神经网络的布里渊散射谱特征提取算法。不仅利用了广义回归神经网络在逼近能力、学习速度、模型的泛化等方面具有的优势,而且采用搜索能力较强的自适应变异果蝇优化算法进一步增强了神经网络的学习能力,从而提高了布里渊散射谱的拟合度和频移提取的准确度。在布里渊散射谱中心频率为11.213GHz,线宽为40~50,30~60和20~70 MHz的散射谱白噪声实验模型中,将新算法分别与基于有限元分析的Levenberg-Marquardt拟合法、粒子群优化和拉凡格式混合拟合法、最小二乘法进行预测比较,新算法获得的最大拟合频移误差为0.4MHz,平均拟合度为0.991 2,均方根误差为0.024 1。仿真结果表明所提出的算法拟合度较好,绝对误差小。因此,将此算法用于基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感系统,可有效提高布里渊散射谱的拟合度和频移提取的准确度。
- 张燕君刘文哲付兴虎毕卫红
- 关键词：分布式光纤传感广义回归神经网络
