1.1光纤安防系统背景介绍
伴随着光纤通信的发展，20世纪70年代光纤传感这一种新型的传感技术也迅速发展起来。它以光为信息载体，光纤为传播媒介，实现被测物理量的检测与传感信号的传输。光纤传感是现代传感领域中的一个重要分支，它表现出了许多优异的性能，如柔顺､质软､抗拉､径细､重量轻;耐水､耐高温､耐腐蚀､防爆､防雷击､抗粒子辐射､抗电磁干扰､对被测量环境无干扰;传输带宽大､传输信息多､传输损耗低;对外界作用变化非常敏感，传感性能优秀;可通过阵列式或分布式结构组织传感系统以实现大规模､远距离传感等。因此，光纤传感技术特别适合长期､大规模地在人类行动受限的易燃､易爆､空间狭窄､强电磁干扰等恶劣环境下进行应用，相较传统的电式传感技术具有无法比拟的优越性，应用前景十分广阔。
根据不同的系统结构，光纤传感系统可分为阵列式光纤传感系统和分布式光纤传感系统两大类。相较于阵列式光纤传感系统通过时分复用､空分复用等方式将单点传感器阵列化，分布式光纤传感系统直接将光纤作为传感元件与传输媒介，能够实现长距离､大范围的长期､连续传感，是今后光纤传感领域的一个重要发展方向。由于分布式传感系统性价比较高，因而在大型工程项目中得到了广泛的应用，如发电机组､大中型变压器及油井的温度测量应用，大型仓库､高层建筑､油库､矿井及隧道的火灾防范应用，桥梁､道路､堤坝等公共设施的安全检测应用，航空､航天飞行器等设备的老化程度检测应用等[1]。
光纤周界安防系统利用光纤作为传感器实现分布式周界安防监测，是光纤技术在非通信领域的一项重要发展。该系统主要传感部件是振动光纤，这种设计独特的光纤对运动､压力和振动非常敏感，可沿围栏､围墙铺设，探测攀爬､敲击等入侵行为，也可以在土壤､草坪下铺设，探测踩踏等入侵行为。光纤传感器检测到的信号纷乱复杂，如何对入侵发生时引起的振动信号进行有效处理，以便对入侵行为进行识别､分类，是光纤周界安防系统的关键技术之一，处理效果将直接影响系统对入侵行为的监测性能[2]。
1.2光纤安防系统研究现状
宽域全光纤安防系统是一种新型的分布式安全警戒系统。系统在不影响灵敏度的情况下区分入侵事件是一项关键性的系统性能指标。入侵的信号在某些情况下极为相似，因此有必要使用模式识别方法对信号进行区分[3]。
目前，欧美发达国家已开发出一些比较成熟的产品，国外在这方面的研究也开始得较早。比如，Seedahmed等人提出了一套鲁棒性较高的光纤入侵信号识别方法[4]。该方法提取了一些光纤信号的时域特征，并把这些特征形成的特征向量输入神经网络中进行训练和判别。
国内产品刚推入市场，相关的研究也是在最近几年才取得的突破。饶云江[6]等提出了一种利用小波处理对信号进行降噪和分割的方法；陶沛琳[7]提出了一种分析光纤特征向量的方法；赵杰[8]等提出了利用小波包变换后的能量谱形成信号的特征向量的方法；倪明[9]等使用非平衡二叉树向量机作为模式识别的分类器。以上研究都取得了良好的效果。
目前基于相干光时域反射仪(COTDR)和偏振光时域反射仪(POTDR)以及布里渊(BRILLOUIN)散射技术的传感器，在振动探测领域具有广阔的发展前景[10-14]。在使用干涉仪检测振动导致的相位变化的结构中，一般以萨尼亚克､马赫-曾德尔和迈克耳孙干涉仪作为传感器的核心结构[15-18]，其中，基于法拉第旋光镜(FRM)的光纤迈克耳孙干涉仪，能够有效解决偏振衰落和双折射效应引起的信号变化，且具有结构简单､成本低廉的优点。目前常用的相位检测方法有相位生成载波法[19-20]､3x3耦合法[21]､外差解调技术[22]等。这些方法相对较为成熟，但均有其局限性。相位生成载波法以及外差法均需对光源的频率进行调制，同时在正交信号的提取过程中运算相对复杂，对硬件要求较高。3x3耦合法的方案以实验室研究为主，实际工作时，每路传感器阵列需要从1个3x3耦合器输出，在大规模成阵时对光电探测器需求量增加，同时3x3耦合器制作难度相对较大，成本较高。另一方面，在判断外界有无入侵的时候，传统的基于时频判断外界有无入侵扰动的算法在使用过程中极易受到随机噪声､外界轻扰和风雨的影响，导致报警准确率下降，实时性降低，因此如何准确快速地得到不同外界情况下信号的变化尤为重要。
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