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光纤围栏关键技术及应用

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      本项目从我国国境安防和重要民生安全出发,在国家自然基金重点项目(60537040)/重大项目(61290312)、863计划(2007AA01Z245)、企业横向项目等支持下,致力于攻克大范围安防监测中长距离、高精度定位、高灵敏、高可靠、多参数光纤围栏的技术难题,发明了系列新型高性能光纤围栏,实现了四项关键技术的创新: 1.发明了相位、偏振等多种光信息同步提取与解调方法以及振动、应变、温度多参数同步感知与解调技术,实现了多种物理量同步单端探测与多判据判断的新型光纤围栏,创新性的解决了光纤围栏长期存在的单一参数、单一判据导致误报率偏高的普遍性难题,为国际首创。 2.发明了基于多阶拉曼和掺铒光纤混合放大的长距离偏振敏感光时域反射仪(P-OTDR)、相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)和布拉格光纤光栅(FBG)传感系统,创新性的解决了长距离光纤围栏光信号传输距离及传感点容量受限的难题,分别创造了基于这三种系统的光纤围栏无中继传感距离的世界纪录(106km、131km、300km),其中长距离Φ-OTDR型光纤围栏的传感点容量达到了16375。 3.发明了基于扫描光纤激光原理的长距离FBG传感系统信噪比增强方法,以及基于副载波和序列脉冲相位编码的Φ-OTDR型长距离光纤围栏信噪比提升方法,系统灵敏度得到显著改善,创造了50km长FBG传感系统光学信噪比60dB的世界纪录,创新性的解决了光信号传输距离与信噪比相互制约的难题。 4.发明了基于小波多尺度分析的非线性混叠信号物理分离方法,基于信号自相关特性的大容量非均衡传感网络微弱信号探测和多小波综合判决方法,以及基于主分量分析和奇异谱特征的入侵信号智能判别方法,创新性的解决了长距离光纤围栏因全程环境多样、气候多变、环境噪声不可预测而导致误虚警率高的难题,有效提高了光纤围栏系统报警信息的准确性和可靠性。 研制的新型光纤围栏系统通过了国家和军队相关部门的认证和测试(包括国家安全防范报警系统产品质量监督检验中心(上海)公安部安全防范报警系统产品质量监督检验测试中心的委托检验,中国人民解放军军用安全技术防范产品安全认证中心的军用安全技术防范产品安全认证,以及中国测试技术研究院的系统测试和江苏省软件测试中心的软件测试),圆满完成项目合同考核技术指标(监测距离> 65km;定位精度:±30~50m;探测率:≥95%;误报率:< 3%;模式识别:具备),实际技术指标达到(监测距离:131km,定位精度:±8m,探测率:≥95%,误报率:< 2%;事件识别率:> 89%)。本项目难度大、创新性强,核心发明均为国际首创,与国内外同类产品相比,整体技术水平达到国际领先。 项目成果首次应用于我国国境线边防管控、城市长距离信息管线安全监测等重大国防和重要民生安全项目,成功对哈萨克斯坦军方巡逻人员碰触围栏、牧民非法翻越围栏、野猪翻拱破坏围栏等多例边境侵扰警情进行了实时告警与准确定位,多次成功捕捉盗窃、破坏等非法侵扰事件,保障了国防重要区域和设施的安全,得到用户高度评价,国防军事方面的社会效益十分突出。此外,项目成果广泛应用于四川、江苏、山西、河北等地重要机构(军事基地、保密机构、厂区、水电站、变电站、通信基站)、海底及架空电缆、通信光缆、油气管道、高铁轨道、机械设备及土木结构等的安全监测,近5年来创造直接经济效益15814.74万元,产生间接经济效益约1960万元,累计创造经济效益总值17774.74万元,取得了显著的经济和社会效益。通过军民市场的开拓,可望未来10年能形成一个产值过百亿的新兴产业。