CN108877122A

CN108877122A - 一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统

Info

Publication number: CN108877122A
Application number: CN201810750234.6A
Authority: CN
Inventors: 王宇; 钱汉明; 黄文军; 丁凯; 荣英佼; 陈果; 郭茂森; 高妍; 靳宝全; 王云才
Original assignee: Taiyuan University of Technology; 63983 Troops of PLA
Current assignee: Taiyuan University of Technology; 63983 Troops of PLA
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2038-07-10
Also published as: CN108877122B

Abstract

本发明公开了一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统，是将混沌激光源发出的混沌激光经调制后分为三路，使波长的范围不同的三路光混合注入光路，探测光经过引导光纤后分为两路连接布设在不同防区的传感探头，分别监测不同防区内的入侵情况。当防区受到入侵，通过信号处理装置控制声光调制器与光开关，改变输入光路中的光信号并将其传输到对应防区的光电探测器，完成光电转换后经信号处理装置引爆防区内的地雷。该装置利用混沌激光的宽谱和相关原理，提高装置对声音信号的灵敏程度，并利用光开关和光滤波片实现多防区的实时监控和控制，同时，该装置通过ARM模块实现对信号的实时处理及对雷区的实时控制，可有效预警重要场所防区内的入侵。

Description

一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，具体为一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统。

背景技术

军事基地等重要场所的安全防御是安防级别中的最高级别，一些常用的安防手段都存在一定缺陷，无法应用于军事基地等重要场所。如红外对射和微波报警方法要直接布设传感器，受地形影响大，只能用于较开阔地区且防区面积小；脉冲式电子围栏耗电量大，不能用于易燃易爆场所；视频监控系统需全天候供电，功耗大且容易产生监控死角。以上安防手段都易受电磁干扰，在一些敏感场所无法发挥作用。

近年来，光通信技术的迅猛发展为光纤传感技术的应用提供了平台，尤其是分布式光纤传感器因具有测量空间范围大、隐蔽性强、结构简单、使用方便、性价比高、抗电磁干扰等优点，而引起广泛的关注和深入的研究。分布式光纤传感器可以应用到很多领域，包括周界安防和长距离的天然气、石油管道、海底管道的健康检测等。其中，基于Sagnac干涉的分布式光纤声音检测装置具有搭建成本低，检测灵敏度高等优点，可实现对防区内入侵声音信号的实时监测。但传统的基于Sagnac干涉的分布式光纤声音检测装置只能拾取单个防区的声音信号，无法在防区受到入侵后通过系统光路传递指令信息，不能实现在单根光缆中双向通信，且传统的Sagnac声音检测装置使用宽带光源，探测距离短，声音检测效果差，在实际应用中存在较大问题。

发明内容

本发明一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统，其目的在于克服传统的基于Sagnac干涉的分布式光纤声音检测装置的缺陷，利用混沌激光光谱宽与相关性好等优点，实现对声音信号的高灵敏度拾取和识别，通过改进传统的Sagnac干涉光路，实现多防区入侵声音信号拾取，并采用嵌入式系统ARM（Advanced RISC Machines）模块进行信号处理，通过单根光缆实现对多防区入侵情况的实时监测与雷区的实时控制。当某一防区遭到入侵时，系统能够及时反应，通过指令控制对应雷区引爆。

本发明一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统，包括：由半导体激光器、偏振控制器、第一光纤耦合器、可调光衰减器、光纤发射镜和隔离器构成的混沌激光器，声光调制器，光开关，第一光滤波片，第二光滤波片，第二光纤耦合器，第三光纤耦合器，光纤多路耦合器，延迟光纤，第四光纤耦合器，引导光纤，第五光纤耦合器，第三光滤波片，第六光纤耦合器，第一单路光电探测器，第一信号处理装置，由第一光纤声音探头和第一雷区组成的第一防区，第四光滤波片，第七光纤耦合器，第二单路光电探测器，第二信号处理装置，由第二光纤声音探头和第二雷区组成的第二防区，双路光电探测器，数据采集卡，计算机和第三信号处理装置；其中，半导体激光器经偏振控制器连接到第一光纤耦合器的a输入端；所述的偏振控制器用于调节反馈到半导体激光器的光偏振态；第一光纤耦合器的b输出端连接可调光衰减器以调节光功率，可调光衰减器连接光纤发射镜组成反馈腔；所述的第一光纤耦合器的c输出端连接隔离器的输入端，所述的隔离器的输出端作为混沌激光器的信号输出端连接到声光调制器的a输入端以对混沌激光进行调制；调制后经声光调制器的b端口进入光开关的a输入端，将光开关的光开关全部闭合，调制后的混沌激光分别从光开关的b、c、d三个端口输出；所述的光开关的b、c输出端分别经第一光滤波片、第二光滤波片连接到第二光纤耦合器的c、b输入端；所述的光开关的d输出端连接到第三光纤耦合器的b输入端；所述的第二光纤耦合器的a输出端连接到第三光纤耦合器的c输入端；所述的第三光纤耦合器的a输出端接入光纤多路耦合器的c输入端；所述的光纤多路耦合器的d端口经延迟光纤后连接第四光纤耦合器的c端口；光纤多路耦合器的e端口不接任何器件；所述的光纤多路耦合器的f端口连接到第四光纤耦合器的b端口；所述的第四光纤耦合器的a端口经引导光纤后连接到第五光纤耦合器的a端口；所述的第五光纤耦合器的c端口经第三光滤波片连接到第六光纤耦合器的a端口；所述的第六光纤耦合器的c端口连接第一光纤声音探头；所述的第六光纤耦合器的b端口经第一单路光电探测器后连接第一信号处理装置的输入端；所述的第一信号处理装置的输出端连接第一雷区；所述的第五光纤耦合器的b端口经第四光滤波片连接到第七光纤耦合器的a端口；所述的第七光纤耦合器的c端口连接第二光纤声音探头；所述的第七光纤耦合器的b端口经第二单路光电探测器后连接第二信号处理装置的输入端；所述的第二信号处理装置的输出端连接第二雷区；所述的光纤多路耦合器的a、b输出端分别连接双路光电探测器的c、b输入端；所述的双路光电探测器a输出端连接数据采集卡的输入端；所述的数据采集卡的输出端连接计算机的输入端进行显示；所述的计算机的输出端连接第三信号处理装置的a输入端；所述的第三信号处理装置的b、c输出端分别连接声光调制器的c控制端和光开关的e控制端。

本发明一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统，其优点与有益效果如下：

一、混沌激光光谱较宽、相干长度可调节，且噪声水平较低，具有低自相关噪声的特性，减小其他因素对光路结构的影响。

二、本发明使用混沌激光源，与传统的激光器相比，能够有效抑制光路中的相干散射噪声，提高装置对声音信号的灵敏度。

三、本发明利用光开关与光滤波片配合，改进了传统光路，通过一根光缆实现对多防区入侵信号的实时监控和对控制指令的实时传输。

四、本发明通过ARM模块实现对声光调制器、光开关和雷区的控制，利用ARM模块高性能、低能耗、集成度高处理迅速的优势，对整个电路系统进行控制。

五、本发明可对军事基地等重要场所进行入侵目标预警，整个系统布设方便灵活、隐蔽性强、结构简单、性价比高、且抗电磁干扰，通过检测是否有入侵声音信号来控制雷区引爆，提高安防等级。

附图说明

图1为本发明一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统的结构示意图。

1、半导体激光器 2、偏振控制器 3、第一光纤耦合器 4、可调光衰减器 5、光纤发射镜 6、隔离器 7、混沌激光器 8、声光调制器 9、光开关 10、第一光滤波片11、第二光滤波片 12、第二光纤耦合器 13、第三光纤耦合器 14、光纤多路耦合器 15、延迟光纤 16、第四光纤耦合器 17、引导光纤 18、第五光纤耦合器 19、第三光滤波片20、第六光纤耦合器 21、第一光纤声音探头 22、第一单路光电探测器 23、第一信号处理装置 24、第一雷区 25、第一防区 26、第四光滤波片 27、第七光纤耦合器 28、第二光纤声音探头 29、第二单路光电探测器 30、第二信号处理装置 31、第二雷区 32、第二防区 33、双路光电探测器 34、数据采集卡 35、计算机 36、第三信号处理装置。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

参阅图1，图1是本发明提供的一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统的结构示意图。该系统包括：

由半导体激光器1、偏振控制器2、第一光纤耦合器3、可调光衰减器4、光纤发射镜5和隔离器6构成的混沌激光器7，声光调制器8，光开关9，第一光滤波片10，第二光滤波片11，第二光纤耦合器12，第三光纤耦合器13，光纤多路耦合器14，延迟光纤15，第四光纤耦合器16，引导光纤17，第五光纤耦合器18，第三光滤波片19，第六光纤耦合器20，第一单路光电探测器22，第一信号处理装置23，由第一光纤声音探头21和第一雷区24组成的第一防区25，第四光滤波片26，第七光纤耦合器27，第二单路光电探测器29，第二信号处理装置30，由第二光纤声音探头28和第二雷区31组成的第二防区32，双路光电探测器33，数据采集卡34，计算机35和第三信号处理装置36；其中，所述的半导体激光器1经偏振控制器2连接到第一光纤耦合器3的a输入端；所述的偏振控制器2用于调节反馈到半导体激光器1的光偏振态；所述的第一光纤耦合器3的b输出端连接可调光衰减器4以调节光功率，可调光衰减器4连接光纤发射镜5组成反馈腔；第一光纤耦合器3将信号分为20:80两部分，分别从b、c两个端口输出；所述的第一光纤耦合器3的b输出端经可调光衰减器4来调节光功率并连接到光纤发射镜5来构成反馈腔；所述的第一光纤耦合器3的c输出端连接隔离器6的入射端；所述的隔离器6的输出端即为混沌激光器7的信号输出端；所述的混沌激光器7的输出端连接到声光调制器8的a输入端对混沌激光进行调制，将混沌激光调制成脉冲序列的探测光；之后，探测光经声光调制器8的b端输出后进入光开关9的a输入端，此时，光开关全部闭合，将探测光分为1:1:1三部分，分别从光开关9的b、c、d三个端口输出；所述的光开关9的b、c输出端分别经第一光滤波片10、第二光滤波片11连接到第二光纤耦合器12的c、b输入端；所述的光开关9的d输出端连接到第三光纤耦合器13的b输入端；所述的第一光滤波片10和第二光滤波片11分别吸收不同波长范围的光，使某一特定波长的光通过；所述的第二光纤耦合器12的a输出端连接到第三光纤耦合器13的c输入端，将两路特定波长范围的光输入第三光纤耦合器13；所述的第三光纤耦合器13的输出端接入光纤多路耦合器14的c输入端，将一路未经滤波的光和两路经滤波包含特定波长范围的光输入光纤多路耦合器14；所述的光纤多路耦合器14将信号分为1:1:1三部分，分别从d、e、f三个端口输出；为了形成两路干涉信号，所述的光纤多路耦合器14的d端口经延迟光纤15后连接第四光纤耦合器16的c端口；所述的光纤多路耦合器14的e端口不接任何器件；所述的光纤多路耦合器14的f端口连接到第四光纤耦合器16的b端口；所述的第四光纤耦合器16的a端口经引导光纤17后连接第五光纤耦合器18的a端口；所述的第五光纤耦合器18的c端口经第三光滤波片19后连接到第六光纤耦合器20的a端口；所述的第三光滤波片19与第一光滤波片10所通过的光波长范围相同，可使某一特定波长范围的光通过，滤除其他不用范围波长的光；所述的第六光纤耦合器20的c端口连接第一光纤声音探头21；所述的第一光纤声音探头21用来拾取第一防区25内的入侵声音信号；所述的第六光纤耦合器20的b端口经第一单路光电探测器22后连接第一信号处理装置23；所述的第一单路光电探测器22将经过调制的特定脉冲光信号转换为电信号接入第一信号处理装置23；所述的第一信号处理装置23连接第一雷区24来控制雷区引爆；所述的第五光纤耦合器18的b端口经第四光滤波片26后连接到第七光纤耦合器27的a端口；所述的第四光滤波片26与第二光滤波片11所通过的光波长范围相同，可使某一特定波长范围的光通过，滤除其他不用范围波长的光；所述的第七光纤耦合器27的c端口连接第二光纤声音探头28，所述的第二光纤声音探头28用来拾取第二防区32内的入侵声音信号；所述的第七光纤耦合器27的b端口经第二单路光电探测器29后连接第二信号处理装置30；所述的第二单路光电探测器29将输入脉冲光信号转换为电信号接入第二信号处理装置30；所述的第二信号处理装置30连接第二雷区31来控制雷区引爆。

当所述的第一防区25被入侵时，第一防区25内的第一光纤探头21拾取到入侵声音信号；携带入侵信号的返回光分别经所述的第六光纤耦合器20、第三光滤波片19、第五光纤耦合器18、引导光纤17、第四光纤耦合器16和延迟光纤15后到达多路光纤耦合器14；携带入侵信号的光在所述的多路光纤耦合器14处发生干涉并通过多路光纤耦合器14的a、b端口连接到双路光电探测器33的c、b输入端；所述的双路光电探测器33的c、b输入端分别只接收对应第三光滤波片19和第四光滤波片26所能通过波长范围内的光；由于返回光经过第三光滤波片19，只有第三光滤波片19所能通过的特定波长范围的光被保留，因而此时只有从所述的光纤多路耦合器14的a端口输出的光进入所述的双路光电探测器c输入端，而从所述的光纤多路耦合器14的b端口输出光的波长因与所述的双路光电探测器33的b输入端要求波长不符合则无法进入双路光电探测器33；所述的光电探测器33将由c输入端进入的光信号转换为电信号由a输出端连接至数据采集卡34；所述的数据采集卡34将采集到的信号送至计算机35进行显示；所述的计算机35显示第一防区25有入侵，做出相应指令并将指令送入第三信号处理装置36的a输入端；所述的第三信号处理装置36发出指令由b输出端传送到声光调制器8的控制端c，由声光调制器8调制出第一防区25对应的脉冲光，经声光调制器8的b输出端传送到光开关9的a输入端；与此同时，第三信号处理装置36发出指令由c输出端输出到光开关9的控制端e，控制光开关9断开c、d输出端，接通b输出端；声光调制器8调制出的第一防区25对应的脉冲光由光开关9的b端输出，经第一光滤波片10、第二光纤耦合器12、第三光纤耦合器13、光纤多路耦合器14、延迟光纤15、第四光纤耦合器16和引导光纤17到达第五光纤耦合器18，由于第一光滤波片10与第三光滤波片19所通过光的波长范围相同，而与第四光滤波片26所通过光的波长范围不同，所以此时到达第五光纤耦合器18的脉冲光不能通过第四光滤波片26，只能通过第三光滤波片19传到第六光纤耦合器20；所述的第一单路光电探测器22检测到对应调制脉冲光，将光信号转换为电信号输入第一信号处理装置23；所述的第一信号处理装置发出指令引爆第一雷区24。

当所述的第二防区32被入侵时，第二防区32内的第二光纤声音探头28拾取到入侵声音信号；携带入侵信号的返回光分别经所述的第七光纤耦合器27、第四光滤波片26、第五光纤耦合器18、引导光纤17、第四光纤耦合器16和延迟光纤15后到达多路光纤耦合器14；携带入侵信号的光在所述的多路光纤耦合器14处发生干涉并通过多路光纤耦合器14的a、b输出端连接到双路光电探测器33的c、b输入端；所述的双路光电探测器33的c、b输入端分别只接收对应第三光滤波片19和第四光滤波片26所能通过波长范围内的光；由于返回光经过第四光滤波片26，只有第四光滤波片26所能通过的特定波长范围的光被保留，因而此时只有从所述的光纤多路耦合器14的b端口输出的光进入所述的双路光电探测器b输入端，而从所述的光纤多路耦合器14的a端口输出光的波长因与所述的双路光电探测器33的c输入端要求波长不符合而无法进入双路光电探测器33；所述的双路光电探测器33将b输入端的光信号转换为电信号由a输出端连接至数据采集卡34；所述的数据采集34将采集到的信号送至计算机35进行显示；所述的计算机35显示第二防区32有入侵，做出相应指令并将指令送入第三信号处理装置36的a输入端；所述的第三信号处理装置36发出指令由b输出端传送到声光调制器8的控制端c，由声光调制器8调制出第二防区32对应的脉冲光，经声光调制器8的b输出端传送到光开关9的a输入端；与此同时，第三信号处理装置36发出指令由c输出端输出到光开关9的控制端e，控制光开关9断开b、d输出端，接通c输出端；声光调制器8调制出的第二防区32对应的脉冲光由光开关9的c端输出，经第二光滤波片11、第二光纤耦合器12、第三光纤耦合器13、光纤多路耦合器14、延迟光纤15、第四光纤耦合器16和引导光纤17到达第五光纤耦合器18，由于第二光滤波片11与第四光滤波片26所通过光的波长范围相同，而与第三光滤波片19所通过光的波长范围不同，所以此时到达第五光纤耦合器18的脉冲光不能通过第三光滤波片19，只能通过第四光滤波片26传到第七光纤耦合器27；所述的第二单路光电探测器29检测到对应调制脉冲光，将光信号转换为电信号输入第二信号处理装置30；所述的第二信号处理装置发出指令引爆第二雷区31。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种混沌激光干涉型多防区入侵目标预警系统，其特征在于，包括：由半导体激光器（1）、偏振控制器（2）、第一光纤耦合器（3）、可调光衰减器（4）、光纤发射镜（5）和隔离器（6）构成的混沌激光器（7），声光调制器（8），光开关（9），第一光滤波片（10），第二光滤波片（11），第二光纤耦合器（12），第三光纤耦合器（13），光纤多路耦合器（14），延迟光纤（15），第四光纤耦合器（16），引导光纤（17），第五光纤耦合器（18），第三光滤波片（19），第六光纤耦合器（20），第一单路光电探测器（22），第一信号处理装置（23），由第一光纤声音探头（21）和第一雷区（24）组成的第一防区（25），第四光滤波片（26），第七光纤耦合器（27），第二单路光电探测器（29），第二信号处理装置（30），由第二光纤声音探头（28）和第二雷区（31）组成的第二防区（32），双路光电探测器（33），数据采集卡（34），计算机（35）和第三信号处理装置（36）；其中，所述的半导体激光器（1）经偏振控制器（2）连接到第一光纤耦合器（3）的a输入端；所述的偏振控制器（2）用于调节反馈到半导体激光器（1）的光偏振态；所述的第一光纤耦合器（3）的b输出端连接可调光衰减器（4）以调节光功率，可调光衰减器（4）连接光纤发射镜（5）组成反馈腔；所述的第一光纤耦合器（3）的c输出端连接隔离器（6）的输入端，所述的隔离器（6）的输出端作为混沌激光器（7）的信号输出端连接到声光调制器（8）的a输入端以对混沌激光进行调制；调制后经声光调制器（8）的b端口进入光开关（9）的a输入端，将光开关（9）的光开关全部闭合，调制后的混沌激光分别从光开关（9）的b、c、d三个端口输出；所述的光开关（9）的b、c输出端分别经第一光滤波片（10）、第二光滤波片（11）连接到第二光纤耦合器（12）的c、b输入端；所述的光开关（9）的d输出端连接到第三光纤耦合器（13）的b输入端；所述的第二光纤耦合器（12）的a输出端连接到第三光纤耦合器（13）的c输入端；所述的第三光纤耦合器（13）的a输出端接入光纤多路耦合器（14）的c输入端；所述的光纤多路耦合器（14）的d端口经延迟光纤（15）后连接第四光纤耦合器（16）的c端口；所述的光纤多路耦合器（14）的e端口不接任何器件；所述的光纤多路耦合器（14）的f端口连接到第四光纤耦合器（16）的b端口；所述的第四光纤耦合器（16）的a端口经引导光纤（17）后连接到第五光纤耦合器（18）的a端口；所述的第五光纤耦合器（18）的c端口经第三光滤波片（19）连接到第六光纤耦合器（20）的a端口；所述的第六光纤耦合器（20）的c端口连接第一光纤声音探头（21）；所述的第六光纤耦合器（20）的b端口经第一单路光电探测器（22）后连接第一信号处理装置（23）的输入端；所述的第一信号处理装置（23）的输出端连接第一雷区（24）；所述的第五光纤耦合器（18）的b端口经第四光滤波片（26）连接到第七光纤耦合器（27）的a端口；所述的第七光纤耦合器（27）的c端口连接第二光纤声音探头（28）；所述的第七光纤耦合器（27）的b端口经第二单路光电探测器（29）后连接第二信号处理装置（30）的输入端；所述的第二信号处理装置（30）的输出端连接第二雷区（31）；所述的光纤多路耦合器（14）的a、b输出端分别连接双路光电探测器（33）的c、b输入端；所述的双路光电探测器（33）a输出端连接数据采集卡（34）的输入端；所述的数据采集卡（34）的输出端连接计算机（35）的输入端进行显示；所述的计算机（35）的输出端连接第三信号处理装置（36）的a输入端；所述的第三信号处理装置（36）的b、c输出端分别连接声光调制器（8）的c控制端和光开关（9）的e控制端。