一种用于光纤预警系统的自适应恒虚警率振源检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于光纤预警系统的自适应恒虚警率振源检测方法，属于光纤振 动信号检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展，石油和天然气已经成为国民经济发展的最重要能源。长输管道 作为石油和天然气最理想、经济的运输方式，已经得到广泛的应用。油气管道是能源运输的 大动脉，管道一旦泄漏极易发生燃烧爆炸，不仅影响管道的安全生产，还将给国家和人民群 众的生命与财产造成巨大损失。
[0003] 目前应用油气管道的探测报警系统主要有以下几种：电子脉冲式围栏、微波墙式 报警器、主动红外报警器、泄露电缆式周界探测报警系统、驻极体振动电缆报警系统和光纤 传感器周界报警系统。与电传感器报警系统相比，光纤传感器在传感网络应用中具有非常 明显的技术优势：在不需要任何户外有源器件（不需供电）的情况下能够提供长达100公 里距离的安防监控，不受地形的高低、曲折、转弯、折弯等地形环境限制，打破了红外线、微 波墙等只适用于视距和平坦区域使用的局限性。因此利用光纤测量振动成为管道预警系统 研宄的主要方法。然而如何对光纤检测信号进行合理有效的分析，建立什么样的事件模型 才更为有效，成为研宄中的一大热点和难点。
[0004] 目前光纤振动信号处理还存在明显不足，其设计思路一般是直接检测的方法，将 检测到的信号直接送到显示器，将杂波和噪声的幅度变化同时显示出来，对目标信号的检 测能力由操作员对显示器的监视决定的。但是，这种处理方法所得到的监测结果误差大、报 警不准确，使长距离复杂振动检测面临严峻挑战，急需在此基础上开展长距离光纤振动检 测方法研宄。
[0005] 现有的研宄存在的主要问题是没有建立合适的模型、特别是没有建立合适的信号 检测模型，从而使得已经投入生产的长距离预警系统效率较低甚至被搁置不用，光纤预警 系统中的信号处理环节已成为系统和产业发展的最主要瓶颈。因此，需要提出一种合适的 模型来实现振动事件的检测，以提高检测概率和虚警概率的稳定性。
【发明内容】
[0006] 本发明基于自适应恒虚警率（GO/SO-CFAR)的光纤预警系统振源检测算法以解决 对光纤振动信号检测的问题。
[0007] 基于自适应恒虚警率（GO/SO-CFAR)的光纤预警系统振源检测方法，其包括：对光 纤振动信号进行采集；建立自适应恒虚警率（GO/SO-CFAR)检测器模型；对无振动信号进行 GO/SO-CFAR检测，比较实际虚警率与设定虚警率的关系，保证检测器正常工作；对均匀背 景信号进行检测，得到在均匀背景下的检测性能；对多目标背景信号进行检测，得到在多目 标背景下的检测性能；分别在两种环境下调整信噪比，再进行GO/SO-CFAR检测，画出检测 性能曲线。
[0008] 其中，检测阈值满足以下关系：
[0009] S = TZ
[0010] 其中，S是阈值；Z是功率水平，其值分为两种情况考虑，若判定结果k值大于参考
【主权项】
1. 基于自适应恒虚警率的信号检测方法，其特征在于包括： 建立自适应虚警率检测器； 将无振动实验数据经过自适应恒虚警率检测器检测，保证实际虚警率与设定的虚警率 极其接近，即绝对误差保证在le-4数量级内； 运用自适应恒虚警率分别对均匀背景下以及多目标背景下的信号进行检测，分别求 得其检测概率，并更改数据的信噪比，对多组数据进行检测，得到在不同信噪比下的检测概 率，表现其检测性能。
2. 根据权利要求1的信号检测方法，其特征在于进一步包括： 建立自适应恒虚警率检测器模型，包括对已经形成矩阵的数据进行部分删除，再求出 阈值，最后对检测单元与阈值进行比较，得出检测结果， 其中所述部分删除包括： (1) 、对参考单元的第i行采样排序X⑴< X⑵彡…彡X (K)，其中X为参考单元值，R为总 的参考单元个数； (2) 、用x(1)代表杂波采样，比较X⑵和T lX(1)，其中T1是满足给定的错误删除概率Prc 的阈值标称化因子，若X⑵〈I\x(1)，判定X⑴和X⑵是同一分布采样，然后进行下一步；若 x(2)>T lXw，判定X?，…，X00是强杂波区域的回波信号，以此类推，将第i行所有单元划分出 强杂波区和弱杂波区两部分； (3) 、假定划分位置为k，若k>R/2,其中R为参考单元数目，则判定检测单元处于弱杂 波区，由x(1)，…，x (k)形成杂波功率Z ;若k〈R/2,则判定检测单元处于强杂波区，由X (k+1)，… ，x(K)形成杂波功率Z ; (4) 、根据S = TZ求出阈值，其中S为阈值，T为标称化因子，当检测单元大于阈值S时， 该检测单元应被判为噪声，即在光纤预警中该信号应该被报警。
3. 根据权利要求2的信号检测方法，其特征在于进一步包括： 根据给定的错误删除概率取得阈值标称化因子Tk，其中阈值标称化因子Tk根据下式计 算得到
其中，R为参考单元数目，Prc删除过程第k步的错误删除概率 Pfc= PHD k>0 IHJ (2) 其中，PF。为错误删除概率，H A弱杂波采样，D k为检验统计量， Dk= X (k+1)-TkZk (3) 其中，x(k+1)为第（k+1)项采样值，Tk为第k项阈值标称化因子，Z k为前k项有序采样 和。
4. 根据权利要求2的信号检测方法，其特征在于标称化因子T是根据虚警概率P fa求 得，如下式
【专利摘要】本发明提供了一种基于自适应恒虚警率(GO/SO-CFAR)的信号检测方法，用于实现管道光纤预警系统中的振源检测，该方法包括：连续接收N个脉冲回波数据而得到一帧回波数据，从第n个脉冲回波数据中的M个距离单元中依次选择一距离单元作为检测单元，再将干扰目标从参考单元序列中排除出去，然后基于处理后的参考单元采样序列计算检测阈值,最后将检测单元与检测阈值进行比较，得到检测结果。本发明利用自适应恒虚警率检测器对光纤振动信号进行检测处理，该方法既能保证虚警率恒定，又能在不同背景下表现较强的检测能力。
【IPC分类】G01H9-00, F17D5-02
【公开号】CN104819382
【申请号】CN201510166995
【发明人】曲洪权, 郑彤, 毕福昆, 杜栩, 薛晓鹏
【申请人】北方工业大学, 北京易讯通信息技术股份有限公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月9日