(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111677844.6 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 河海大学常州校区 地址 213022 江苏省常州市晋陵北路20 0号 (72)发明人 许海燕　寇庆康　谢迎娟　李敏　 张学武　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 董建林 (51)Int.Cl. G01H 9/00(2006.01) G06K 9/00(2022.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 基于特征提取的光纤传感振动信号的异常 判断方法和系统 (57)摘要 本发明公开了基于特征提取的光纤传感振 动信号的异常判断方法和系统， 首先对采集到的 光缆中的振动信号进行预处理； 将振动信号通过 基于频谱能量分析的梅尔频率倒谱系数特征提 取方法提取特征向量； 将特征向量矩阵通过标准 差局部线性嵌入进行特征降维； 依据降维后的特 征判断振动信号是否为异常信号； 若信号为异常 信号， 则进行报警。 本发明通过对梅尔频率倒谱 系数特征提取方法的改进， 解决了在梅尔频率倒 谱系数特征提取过程中因语音信号与光纤传感 振动信号频率差异而导致的识别率低的问题， 提 高了光纤传感系统的检测实时性及识别率， 实现 对异常信号的快速、 准确识别。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 114295195 A 2022.04.08 CN 114295195 A 1.基于特 征提取的光纤传感振动信号的异常判断方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 采集光缆中的振动信号； 对振动信号进行 预处理； 将预处理后的振动信号通过基于频谱能量分析的梅尔频率倒谱系数特征提取方法提 取特征向量矩阵； 将特征向量矩阵通过 标准差局部线性嵌入方法进行 特征降维； 根据降维后的特 征向量判断信号是否为异常信号； 若信号为异常信号， 则进行报警。 2.根据权利要求1所述的基于特征提取的光纤传感振动信号的异常判断方法， 其特征 在于： 将预处理后的振动信号通过基于频谱能量分析的梅尔频率倒谱系数特征提取方法提 取特征向量矩阵的步骤 包括： 获取振动信号的功率谱； 获取基于频谱能量分析的梅尔滤波器组； 根据梅尔滤波器组与功率谱得到对数能量； 对对数能量进行离 散余弦变换， 获取基于频谱能量分析的梅尔频率倒谱系数； 对基于频谱能量分析的梅尔频率倒谱系数进行动态显著性差分处理， 得到动态差分系 数； 组合基于频谱能量分析的梅尔频率倒谱系数与动态差分系数， 得到光纤传感振动信号 的联合特 征向量。 3.根据权利要求2所述的基于特征提取的光纤传感振动信号的异常判断方法， 其特征 在于： 获取基于频谱能量分析的梅尔滤波器组包括如下步骤： 根据不同频 段能量占比， 通过阈值判断得到频率范围， 确定截止频率； 根据截止频率， 调整梅尔 ‑频率转换公式； 根据调整的梅尔 ‑频率转换公式， 得到基于频谱能量分析的梅尔滤波器组。 4.根据权利要求3所述的基于特征提取的光纤传感振动信号的异常判断方法， 其特征 在于： 根据不同频 段能量占比， 通过阈值判断得到频率范围， 确定截止频率， 包括如下步骤： 对光纤振动传感信号进行小波包分解， 获得不同频段能量占比； 通过对信号进行i层小 波包分解产生j个不同的尺度， 则第i层分解的输出系数记为Ci,j， 其中j＝0,1,2,...,2i‑1， i为分解层次， j为相应的尺度。 每个频段对应的能量为Ej,每个频段的能量占比为Pj， 根据不同频段能量占比， 通过阈 值L判断， 得到频率范围， 确定截止频率； 选择能量占比之和大于等于L的频段， 确定截止频 率为fcut‑off,具体实现过程如下: 每个频段对应的能量 为Ej: 总能量为ETotal: ETotal＝∑Ej 每个频段的能量占比为Pj:权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114295195 A 2Pj＝Ej/ETotal 频段范围应该满足判断公式， 即 其中， L为0.95； 根据频段集合确定截止频率fcut‑off： 其中Fs为每个频带的频率范围， J为频 段集合， J＝{1, …,j}。 5.根据权利要求3所述的基于特征提取的光纤传感振动信号的异常判断方法， 其特征 在于： 所述调整前的梅尔 ‑频率转换公式为： 其中f是频率， M是信号频率f对应的梅尔尺度， C为 梅尔‑频率转换公式系数。 6.根据权利要求5所述的基于特征提取的光纤传感振动信号的异常判断方法， 其特征 在于： 依据截止频率设计用于调整梅尔 ‑频率转换公式的调整参数为： 其中， k1,k2为调整系数。 7.根据权利要求6所述的基于特征提取的光纤传感振动信号的异常判断方法， 其特征 在于： 依据调整参数调整梅尔 ‑频率转换公式， 调整后的梅尔 ‑频率转换公式为： 其中N是补偿拟 合常数， N＝(k1‑k2)Cln2， 调整后梅尔 ‑频率转换公式在截止频率内保持 线性函数关系并增幅线性关系， 在超过截止频率后保持对数函数关系并平缓对数关系。 8.根据权利要求1所述的基于特征提取的光纤传感振动信号的异常判断方法， 其特征 在于： 将特 征向量矩阵通过 标准差局部线性嵌入进行 特征降维， 包括如下步骤： 对于特征向量矩阵， 对于各个维度的每个样本点求相邻点的标准化欧式距离， 根据标 准化欧式距离 选择最近邻域 点； 对每个样本点与它的邻域 集进行重构权值计算， 获得重构权值矩阵； 对损失函数Φ(Y)进行极小化 运算， 获得低维嵌入矩阵Y： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114295195 A 3