光纤振动信号CFAR检测算法与实现

发布时间：2017-10-29 11:12

  本文关键词：光纤振动信号CFAR检测算法与实现

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【摘要】：安全防护在军事、工业、农业等各个领域都有着举足轻重的作用,但对于边境线、石油天然气管道等长距离安防检测监控系统而言,安防工作复杂低效。基于ΦOTDR的光纤振动信号检测系统,能有效的解决长距离监测的问题,但由于系统检测门限不能自适应、虚警率未知、虚警率不可控、算法难以实现等难题阻碍了光纤振动信号检测系统的应用。本文主要从恒虚警率(constant false alarm rate, CFAR)检测角度出发,对原始振动信号进行预处理,对预处理之后的数据建立相应的数学模型,通过CFAR检测算法,使检测门限能够自适应,且保证虚警率恒定,提高检测的准确性,并且在DSP硬件平台中将算法成功实现。本文主要完成了以下工作：首先,对原始光纤振动信号进行了预处理,包括降采样率、多脉冲累计、信号差分、信号融合等手段对信号进行预处理。通过预处理能够有效的提取振动特征,便于下一步的检测算法设计。其次,研究了信号检测算法的基本原理,包括贝叶斯检测理论、诺曼皮尔逊准则、CFAR检测等经典检测理论。对预处理之后的后数据进行概率密度统计分析,验证CFAR检测算法在光纤振动信号上应用的可行性与理论正确性,设计了适用于光纤振动信号的CFAR检测算法。再者,针对地理位置的不同和实际的需要,对单元平均恒虚警率(cell averaging constant false alarm rate, CA-CFAR)和有序统计恒虚警率(ordered statics constant false alarm rate, OS-CFAR)进行了理论分析和实际数据的仿真。最后,将设计的CFAR检测算法在DSP硬件平台上实现,为了保证背景参考单元的一致性,对背景参考单元进行了分段处理。此外,为了节约DSP中的时间,设计了链表滑窗排序算法对OS-CFAR检测算法进行了算法实现优化。
【关键词】：光纤振动信号 检测门限 CFAR DSP
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 研究背景及意义7
• 1.2 国内外研究现状7-9
• 1.3 本文的工作及内容安排9-11
• 第二章 光纤振动信号智能预警系统11-16
• 2.1 系统简介11
• 2.2 系统方案与架构11-13
• 2.2.1 系统总体方案11-12
• 2.2.2 系统总体架构12
• 2.2.3 机箱架构12-13
• 2.2.4 系统光路13
• 2.3 光纤振动信号检测光学原理13-15
• 2.3.1 光时域反射概述13-14
• 2.3.2 光学定位原理14-15
• 2.4 本章小结15-16
• 第三章 光纤振动信号预处理16-22
• 3.1 降采样率16-17
• 3.2 多脉冲累计17-18
• 3.3 信号差分18-20
• 3.4 信号融合20-21
• 3.5 本章小结21-22
• 第四章 光纤振动信号数学建模与CFAR算法设计22-35
• 4.1 光纤振动信号数据概率统计分析22-23
• 4.2 光纤振动信号检测模型建立23
• 4.3 光纤振动信号检测阈值分析23-27
• 4.4 光纤振动信号CFAR检测器设计27-34
• 4.4.1 光纤振动信号CA-CFAR检测器设计27-32
• 4.4.2 光纤振动信号OS-CFAR检测器设计32-34
• 4.5 本章小结34-35
• 第五章 光纤振动信号CFAR检测算法实现35-52
• 5.1 光纤振动信号检测硬件平台简介35-37
• 5.2 光纤振动信号检测软件结构设计37-38
• 5.3 光纤振动信号检测预处理算法实现38-40
• 5.4 光纤振动信号检测CFAR检测算法实现40-51
• 5.4.1 光纤振动信号CFAR检测参考单元设计40-43
• 5.4.2 光纤振动信号CA-CFAR检测算法实现43-46
• 5.4.3 光纤振动信号OS-CFAR检测算法实现46-51
• 5.5 本章小结51-52
• 第六章 光纤振动信号检测结果界面显示52-55
• 6.1 光纤智能预警系统服务端界面设计52-53
• 6.2 光纤智能预警系统客户端界面设计53-54
• 6.3 本章小结54-55
• 第七章 总结与展望55-57
• 7.1 总结55-56
• 7.2 展望56-57
• 参考文献57-60
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文60-61
• 致谢61

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本文编号：1112724