基于光纤干涉技术的机场周界报警模式识别研究

作     者：盖井艳 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋立辉

授予年度：2016年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0814[工学-土木工程] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：机场周界预警 虚警率 Mach-Zehnder干涉 特征提取 模式识别 

摘      要：目前,中国机场多数依靠铁丝网护栏警戒,仅有少许的机场使用周界预警系统,机场周界的安全主要依赖人为巡逻检查,这不仅消耗人力而且存在诸多不安全因素。现有围界系统多采用红外、微波、泄露电缆等技术,但检测距离有限且严重受环境影响。为解决上述问题,本课题组研制了一套适用于大范围的机场周界预警系统,其利用抗干扰能力强、高稳定性、耐腐蚀的光纤作为传感器,采用灵敏度高的Mach-Zehnder干涉技术,使系统具有实时监控,适应复杂环境、无需供电等优点。本文以降低机场周界预警系统的虚警率为目标,开展了系统报警模式识别算法的研究,根据系统输出报警信号的非平稳特性,提出了基于总体平均经验模态分解(EEMD)的模式识别与基于零导数处的识别方法,通过实验论证了各方法的有效性。本文针对机场周界预警系统展开了研究,主要从如下几方面进行工作:1、组建机场周界预警系统,并于2014年在天津空港某周界区域试运行。该系统现场运行正常,经过不定期测试采集不同类的报警信号,同时也证明该系统对周界扰动事件具有良好的预警和定位能力。2、分析了干涉型光纤振动传感器原理,理论分析出报警信号特性:扰动行为产生的外力与信号相位成正比。为寻找系统产生虚警的原因,理论分析系统虚警的机理,通过模块化分析系统每部分产生虚警的数学模型。3、提出了基于EEMD的识别方法,详细说明EEMD的理论运算及方法流程。同时引入EEMD能量熵概念,用其排除非入侵扰动的影响,然后提取报警信号的峭度特征,利用双重支持向量机逐层识别。通过现场采集的数据进行验证,结果表明该方法有效的识别报警信号,提高了系统的报警率,降低了虚警率。4、提出了基于零导数处的识别方法,详细推导零导数处报警信号与频率的关系。该方法从时频特征特点着手,提取典型特征,利用概率神经网络进行识别。通过现场采集的实际数据进行验证,结果表明该方法正确识别率高、运算时间短,有效提高了系统性能。