TELKOM NIKA , Vol.13, No .1, March 2 0 1 5 , pp. 349~3 5 6   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i1.1272        349     Re cei v ed O c t ober 2, 20 14;  Revi se d Ja n uary 2, 2015;  Acce pt ed Jan uary 20, 201 5   Unscented Particle Filt ering Algorithm for Optical-Fiber  Sensing Intrusion Localization Based on Particle  Swarm Optimization      Hua Zh ang*, Xiaoping Jiang, Cheng h u a  Li  Coll eg e of Elec tronics an d Informatio n  Engi n eeri ng, Hub e Ke y   Lab orator y of Intellige n t Wireless  Commun i cati o n s, South-Ce nt ral Univ ersit y  f o r Natio nal ities ,  W uhan 43 007 4, Hube i, Chin *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : zhang hu a@ mail.scu ec.edu .cn       A b st r a ct   T o  improve th e conver ge nc e and  precis i on of in trus io n loca li z a ti on  in optic al-fi ber  sensin g   peri m et er prote c tion a ppl icati o ns, w e  present  an a l gor ith m  b a sed  on a n  u n scented  particl e filter (UPF ). T h e   alg o rith m e m ploys  particl e  sw arm opti m i z at io n (PS O ) to mitig a te the sa mpl e  de gen eracy  an d   impov erish m en t probl e m  of th e partic l e fi lter. By co mp ar in g  the pr esent fit ness va lu e of  particl es w i th th e   opti m u m  fitn es s valu e of th e  obj ective fu n c tion, PSO  moves p a rticles  w i th insig n ific ant UPF w e ig hts   tow a rds the h i gher  like lih oo d  regi on  and  det ermines  the  op tima l p o sitio n for particl es w i th lar ger w e i ght s.  T he particl es w i th larg er w e ig h t s results in a  n e w  sa mp le set  w i th a mor e  ba l ance d  distri buti on b e tw een th priors  an d th e l i kel i ho od.  Simulati ons  d e monstrat e  th at the  al gorith m  s p e eds  up  conv erge nce  a n d   improves th e p r ecisio n of intru s ion l o cal i z a tio n   Ke y w ords : opt ical-fib er sens o r , intrusion l o ca li z a tio n , UPF ,  PSO      1. Introduc tion  Optical - fibe sen s o r -ba s ed  intrusi on d e tecti on te ch no logie s  are wi dely used in  perim eter  se curit y  pr ot ect i on  sy st e m s.  Re ce ntly, the optical  fiber se nsi n g techn o logi es availa ble  for  intrusi on d e tection i n clu d e  the interfe r ometer-ba s e d  optical fibe r se nsor s an d the optical  time  domain  reflectometry (OTDR)-ba s e d   o p tical fib e se nsors,  and  ea ch  of which h a cha r a c ters [1] - [8]. Among t he te chn o log i es, the  interferomete r -b a s ed  opti c al-fi ber  se ns ors are preferred   in   intrusi on dete c tion for thei r high se nsitivi t y to vibrat ional sign als a n d  low cost. As is kno w n, it is  importa nt to l o cali ze th e in trude r when   an intrusi on  signal i s  d e tected in a  pe ri meter  prote c t i on   system. Gen e rally,  the un derg r o und  i n trusi on sig nal to be  dete c te d are a c o u sti c  (or vibratio n a l)  sign als g ene rated by the i n trude r. Whe n  an intrus i o n occu rs, the  time of arriv a l (TOA ) of the  intrusi on si gn al is used to locate the p o sition of the intrude r ap proxi m ately [9].    As the inte rfe r omete r -ba s e d  syste m use co ns ecutive lase r p u lses,  the interval  b e twee the lase r bei ng sent out a nd the intrusi on sign al  arriving at the receiver  can not  be determin ed.  Thus,  the T O A of the  i n trusi on  sig n a l cann ot  be   accu rately measured, which   affect s the  pre c isi on of i n trusi on l o cal i zation. T o  ge t the pre c i s TOAs  of the i n trusi on  sign als, ma ny sig n a l   pro c e ssi ng  algorith m were  employe d  [11]. Ho wever, the a ppro a che s  suffer from t h e   measurement  erro rs for the  fast speed of  the lase r pro pagatin g in the optical fiber, the errors of  the time limit the pre c i s ion  of the intru s io n localiz ation  to tens of m e ters [ 12]. Many re sea r ch ers  have worke d   on this proble m  and va rio u s   signal   processing algo rithms have  b e en  em ployed to  obtain  a p r e c ise  TOA i n  o p tical-fib e r se nsin g lo ca li za tion [13],[14]. To i m prove t he p r e c isi o n   of  intrusi on lo calizatio n, we  have previously us ed th e geom etrica l position s  of  the distri but ed  sen s o r s an the differe nces i n  relative  TOAs to e s tim a te the po sition of the i n trude [15]-[1 6 ] State estim a tion-b a sed m e thod s d e m onstrate  hig h   pre c isi on.  Ho wever,  as th e mea s u r em ent  equatio n i s   nonlin ear,  th e conve r ge n c sp eed  i s  poo and  t he p r e c i s ion  is subje c to   measurement  erro rs.   In this pap er,  a parti cle filter is u s ed to h andle the  pro b lem of nonli nearity in opti c al-fib e r   sen s in g intru s ion  lo cali zati on. To  avoid  the d ege neracy p r obl em  and  sam p le i m poveri s hm e n after re sam p ling, we em ploy the un scente d  pa rticle filter (UP F ) an d use  particl e swa r optimization (PSO) to mai n tain diversit y in the  pa rticle s. A se rie s  of si mulati ons  demo n st rate   that the prop ose d  algo rith m improve s  p r eci s io and  conve r ge nce whe n  there is no prior intru der  loc a tion.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  349 – 3 5 6   350 2. Intrusion localiza t ion in optical-fib er sensing p e rimeter pro t ec tion   In  optical-fib er se nsi ng p e rimete r prot ecti on  sy st e m s,  int r ude r s  gen erate vi bration a sign als that  can be d e tect ed by  the opt ical-fib er  sen s ors. Afte r th e dete c ted si gnal s have b een   pro c e s sed an d analyze d , the time intervals bet ween t he lase r pul se being sent and the 0-p h a se  of the intru s io n sig nal  wave forms  bein g  receive d  c an  be calculated . This inte rval  is the time  th at  the vibrationa l sig nal s ta ke  to p r op agate  from  t he i n truder to th sensor,  and  is call ed  the  T O of the intrusio n sign al.          Figure 1. Dist ances fro m  in trude r to sen s ors a r e e qual  to the distan ce that the aco u stic  sign als  travels  from intruder to s e ns ors      Figure 1 illustrates a di stri buted opti c al-fiber  sensing perimeter protection  syst em. Let   the moment  at which the i n trude r ge ne rates the vib r a t ional sig nal  be t 0 , and the  TOA be t. The   time interval (t-t0) in clud e s  the time taken by  the vibration a l sig n a l to arrive at  the sen s or a nd  the time for the laser to p r opag ate alon g the optical  fiber. As the  sensor lo catio n s a r e fixed, the   prop agatio n t i me of the l a ser in the  opt ical fibe r i s  al most  con s tan t  and  can  be  pre - calib rate d.  Thus, the g e o m etrical relati onship bet we en the i th  sen s or a nd the in trude r is:     22 2 -( - ) ( - ) ( ) 0 x xy y z z v t t T ii i I i i  ()                                         (1)    whe r e (x i , y i , z i ) is the lo ca tion of the i th  sen s or a nd (x, y, z) is the location of the intrud er. v I  is  the spee d at which the vibration a l sig nal  gene rate d by the intruder i s  tran sported, t is the  moment at which the intru der ge ne rate s the vibratio nal sig nal, T i  is the time taken by the laser to  prop agate  al ong the o p tical fiber of the  i th  s e ns or , an d  t i  is the m o ment at whi c h the int r u s i o n   sign al in the i th  sen s o r  is d e tected by th e receiver.   As the preci s e moment at  which the in trude r gen era t es the vibrational si gnal  a nd the  prop agatio n spe ed of the  vibrational signal are un kno w n (i.e., t and v are unkn o wn), the   positio n of th e intru der ca nnot be  com puted di re ct ly by solvin g E quation  (1 ). In previou s  work,   we u s ed opti m al estimatio n  and state  estimation  m e thod s to obtain the be st estimate of the   intrude r’ s location  ( ˆ ˆ ˆ ,, ) x yz     2.1. Optimal estimatio n-b ased localization   If the intrusion sig nal is  detecte d by more tha n  two sen s ors, t can be ig nore d  by  con s id erin g the dista n ces  betwe en the  sen s o r s:      22 2 2 2 2 - ( - ) (- ) - - ( - ) (- ) ( - - ( - ) ) i xx y y z z xx y y z z v t t T T ii j j j I i j i j ++ + + = × ()                                          (2)    whe r () ×  retu rns th e ab sol u te value. T hen, (x, y, z) and  I v  can  b e  compute d   by optimal  estimation te chni que s su ch as the least-squ a re s (L-S) method [15]. Howeve r, the determin a te   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Uns c ented P a rtic le Filtering Al gorithm f o r Optic a l-Fiber Sens ing Intrus ion .... (Hua Zhang)  351 relation shi p  in Equation (2) doe s not  con s id er noi se in the para m eters, resul t ing in impre c ise  estimate s. In  particula r, wh en n o  mo re t han fo ur  se nsors dete c t the  intru s ion  si g nal, the e r ror  in  the locatio n  e s timation in creases  con s id erably.       2.2. State es timation-ba s e d localiza t ion  To u s e  state   estimation  m e thod s to  esti mate  a nd tra c k an  intrude r’s lo cation, t he  state  equatio ns a n d  mea s u r em ent model  are ded uced a s  follo ws. Th e location an d sp eed of t h e   intrude r, the unkno wn spe ed of the vibrational   sign a l , and the moment at whi c h the intru d e gene rated  the vibration a l si gnal are  co ns i d e r ed as  the   state parameters,  i.e .,  0 [] T xy z I X x y z v v vvt . To simplify the problem , we assum e  that the speed at  whi c h th e intruder is movin g  is almo st  consta nt, i. e., the vari ation i n  spee d is ze ro, an d that t he  spe ed of the  vibrational  signal i s  con s tant. Zero -m ean G a u ssi a n  noi se i s  a dded to  both  the   intrude r spee d and the vibrational si gnal.  The state eq uation is the n ,     X AX W                                                                                (3)    W h er   000 1 0 000 0000 1000 00000 100 00000 000 00000 000 00000 000 00000 000 00000 000 A                                                                                 (4)    and W i s  the  noise ve ctor of the state para m et ers,  whi c h have  mean s of ze ro and  covari ance   matrix  12 8 R = d i a g ( ... )  The mea s u r e m ent para m e t ers a r e the p o ints at  whi c h the intrusio n signal s arri ve at th e   s e ns or s ,  i.e .,  12 [. . ] T n Yt t t . From Equati on (1 ), we ha ve    22 2 0 1 -( - ) ( - ) ii i i i I tx x y y z z t T v  ()                                                   (5)    Then, the me asu r em ent model can be  written a s :     () Z GX V                                                                                (6)    whe r () G  de no tes the  me a s ureme n t fun c tion ve ctors noted  in E q uation  (5 ) a n d V i s  the  measurement  noise vector,  whi c h ha mean m  and  co varian ce  matrix  12 n tt Q=di a g ( . . . ) t  As the me asurem ent equ ations i n  Equ a tion (6 ) a r nonlin ear, th e un scented  Kalman   filter (UKF) i s  u s e d  to  ob tain hig h  p r e c isi on [1 6]. The al gorith m  yields go od  perfo rma n ce  in  tracking  the i n trude r.  However, when  there  is  no  pri o kno w le dge  of the int r u s ion lo cation, t h e   algorith m  is sl ow to co nverge.       3. PSO-base d UPF Algori t hm for Intru s ion Localization   UPF i s  a  pop ular  state  esti mation al gorit hm fo r nonli n ear syste m s. In  UPF, UKF is  u s ed   to generate  sophi sticate d  prop os ed  distributio n s  that sea m le ssly integrate the  current  observation [ 18]. The co mbination of  UKF with  a particle filter outperforms existing part i cle  filters, alb e it at the cost o f  comp utatio nal  compl e xity. UPF also  suffers from  the deg ene ra cy  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  349 – 3 5 6   352 probl em an the loss of pa rticle dive rsity .  As PSO  is  simple, fas t, and effic i ent, it c an be us ed  to   improve the p e rform a n c e o f  the UPF algorithm.       3.1. PSO algorithm   PSO is  an  e v olutionary  computation  tech niqu e b a s ed  on  the  b ehavior of in dividual within a swa r m [17]. The individuals  find the  optimum solutio n  using thei r own previo us  experie nce a nd that of the i r neig hbo rs.  Each in dividu al in the swa r m tra c ks the  coo r din a tes  in  the proble m   spa c e  that a r e a s soci ated  with the  be st   solutio n  a c hi eved  so fa r. I n  the  reali z ati on  pro c e s s of  a PSO  algo rithm, ea ch   particl co rresp ond s to   a candi date  sol u tion to  the   optimizatio probl em. T h e  direction  a n d  di stan ce th at the p a rti c l e move  wit h in the  soluti on   spa c e a r e d e t ermine d by their  spe ed, a nd the obj ec tive func tion determines  the fitnes s  value of   each initial p opulatio n. Th e parti cle s  fol l ow the  cu rre n t optimal pa rticle, an d an  optimal solut i on  is a c hieve d  a fter ea ch g e n e ration. In  ea ch g ene ratio n , the pa rticl e s follo w the  optimal soluti on  bes t p  of the parti cle itself, den oted a s   12 (, , , ) T bi bi bi biN Pp p p  , as  well as  the  optimal s o lution  be st g  of the whole  popul ation, d enoted a s   12 (, , , ) T bb b b N Gg g g  .   For a  ra ndo m parti cle  swarm  contai nin g  M pa rticle s,  the po sition s and velo citie s  of the   i th  parti cle i n  N-dime nsi onal  spa c are  12 (, , , ) T ii i i N Xx x x   and  12 (, , , ) T ii i i N Vv v v  . After  determi ning  bes t p  and  be st g , each particl e upd a t es its positi on and velo city according  to the   followin g  equ ations:     11 2 2 ( k 1 ) (k ) ( k ) ( k )(p (k ) ) (k )( (k )) ii b i i b i vw v c r x c r g x                                 (7)    (k 1 ) ( k ) ( k ) ii i xx v                                                                           (8)    whe r 1 (k ) r ~U(0, 1) and  2 (k ) r ~U(0, 1) are use d  to give t he algorithm a sto c hasti c nature,  (k ) w   is the ine r tial  weig ht, and  1 c , c 2  are  accel e ration facto r use d  to adju s t the maximu m step  size o f   bes t p  and  be st g     3.2. PSO-optimized UPF for optical-f iber sensing i n trusion localiz ation  In the PSO process, the p a rticle  swarm  se a r che s  for optimal sol u tions a nd det ermin e the optimal lo cation  by upd ating the p a rti c le velo ci ties.  Whe n  UPF i s  ap plied to t he e s timation  of  the intru s ion  locatio n , the PSO algo rithm is u s ed  to optimize  the parti cle s  in  UPF. In the   algorith m , the parti cle po pulation in th e PSO sup p li es the p a rticl e s for  UPF. PSO quickly find the target re g i on, whi c h en sures th at the parti cl e set sea r ches  re gion s with a  high likelihoo d of  contai ning th e optimal sol u tion. The alg o rithm procee ds a s  follows:   Step 1: Initialization   Initialize the  PSO param e t ers. Set up  the PSO  parameters, su ch as the nu mber of  particl es  N, acceleration coefficient s C 1  and C 2 , and the maximum  numbe r of iteration s .   Step 2: Initial  sampli ng  Sample  N particles {x 0 i , i = 1, 2, …, N} from the  prior di strib u tio n  with initial  weig hts  {( 1 ) 1 , 1 , 2 , ,} i wk N i N  Step 3: Importance  sampli ng   Sample particles  (k ) i x  from the prop osed di stribution:     k( k ) ˆ ˆ (x(k ) / x ( k 1 ), Z ) ( ( k ) , ( k ) , ( k ) ) ii i x qN x x                                              (9)    Step 4: Updat e weig hts  a. Obtain syst em mea s ure m ents.   b. Acco rding  to the new measu r em e n ts,  cal c ulat e and norm a lize pa rticl e  weights  according to:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Uns c ented P a rtic le Filtering Al gorithm f o r Optic a l-Fiber Sens ing Intrus ion .... (Hua Zhang)  353 (( k ) / ( k ) ) ( ( k ) / ( k 1 ) ) (k ) ( k 1 ) ( ( k ) / ( k 1 ) , (k )) ii i ii ii pz x p x x ww qx x Z                                          (10)    Step 5: Optimize the pa rticl e s by PSO  a. Re sampl e  the wei ghte d  parti cle s  to obtain  part i cle s   {, } ii kk x w  with e qual  weight 1 {, } i k xN . Particles  with sm aller wei ghts are  elimi nat ed, an d th e num ber of  particl es with  larg er  weig ht s in cre a se s.    b. The majo ri ty of particles move towa rd the hig h -li k elihoo d regi o n  and a r e a s sign ed a  new wei ght  by com p a r in g the  cu rre nt po sition s wi t h  the fitne s value of the   optimal p a rticles  ** (/ ) ( / ) ii i i kk k k p pz x p z x  c. Set the minimum move ment threshol α  for the partic l es . If  p , the  filter partic l es  remai n  statio nary; otherwi se, the  filter p a rticle s adj ust  their spe ed a c cordi ng to Equation (7):        ** * * 11 2 2 (k 1 | k ) (k ) ( k | k 1 ) ( k 1 )( (k 1 ) (k | k 1 ) ) ( k 1 )( (k 1 ) (k | k 1 ) ) k ii p i g i vw v c r x x c r x x         (11)     w h er (k 1 | k ) k i v  is the   value of  (k 1 | k ) i v  after k iteratio ns.  The  sp eed  d e termin es the  directio n   and di stan ce  moved by the particle s   d. Redete r mi ne the parti cl e positio ns a c cordi ng to Equation (8) to  obtain a ne w particle   set   {, } ii kk x w Step 6: State  estimation   Comp ute the  poste rior  probability esti mation  of th e target  state at time k using   * 1 N ii i kk k i x xw Step 7: Set k = k+1, return  to Step 3, a nd  co ntinue t o  estimate th e poste rio r  probability  of the target state at the next time step.    In the  above  processe s,  PSO move the pa rt icl e in the  UPF  towa rd are a s  of  high   likeliho od. Th us, the o p timal po sition is  determi ned in  the re sam p li ng process b y  compa r in g th e   pre s ent fitne s s value  with t he optim um fitness val ue  o f  the obje c tive functio n . M odifying the p r ior  sampl e   weig h t s such that t he resulting  p a rticle have large r  weig ht s results  i n   a  new  sample  set  that assume s a more bal an ced di strib u tion between t he prio rs and  the likelih ood.       4. Simulations and An aly s is  To verify the performan ce of the pro posed alg o rit h m, the con v ergen ce  sp eed an pre c isi on of t he p r opo se algorith m  were co mpa r ed  with that of t he UKF  algo rithm and  an  L-S  algorith m  [15] -[16]. The  si mulation d a ta  in [15]  are u s ed,  whe r e th e se nsors a r e located in li nes  and ro ws as  sho w n in Fig u re 2, and th e interv als b e t ween eve r y pair of the nei ghbo ring  sen s ors  are 50 mete rs. The propa gation speed  of the vibr ational sig nal g enerated by the intrud er was  assume d to  be a con s tan t  1000 m/s.  The e rro rs in  TOAs  were  assume d to  be belo w  0.1  ms,  and the me a s ureme n t noi se was a s su med to hav e  zero mean  and a covari ance of 0.1. The  intrude r wa s con s ide r ed  to be moving with a speed of  1 m/s, and  the initial  R =  diag(1,1,1,1,1 , 1,1,1). In our simul a tion s, t he likelih ood functio n  is defined  as the obje c tive   function, and  thi s  was assum e to  ha ve  the posterior pr obability funct i on   |1 21 / 2 2 11 ( ) exp[ ( ) ] (2 ) 2 i ii kk k k k vv pz x z z   , where  k z  is the latest ob servatio n an |1 i kk z  is the   predi cted o b servation.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 9 30   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  349 – 3 5 6   354     Figure 2. The  location s of the  se nsors for simul a tion [15]      4.1. The con v ergence speed and pr e c ision of th e  algorithms   Figure 3 de pi cts the  simul a tion re sult and the  stati s tical  re sults  of the algo rithms a r e   listed in table 1. As shown in the simulations , the PSO algorithm optimizes the particle s  in   efficien cy and the particle  popul ation in the PSO  sup p lies the pa rticle s for UPF. As PSO quickly   finds the targ et regio n , the particl e set  searche s   regio n s with  a hig h  likelih ood o f  containin g  the   optimal  soluti on. As  sho w n in Ta ble  1, the propo se d algo rithm  converg e s wit h in 50  iterati o ns.           Figure 3 Simulation re sult s for ea ch alg o rithm       Whe r e a s  th e L-S an d UKF algorithm s re quire mo re than  200  iteration s . Th us, the   prop osed   alg o rithm ha s a redu ce d com putational   bu rden,  which  make s it suitable fo re al-t ime   appli c ation s . The e rro rs gi ven by the different  alg o rit h ms a r e a p p r oximately the same, alth ou gh  those from th e pro p o s ed a l gorithm a r e l e ss than  0.1  m after 50 it eration s . Thi s  demon s trate s   that the algori t hm can al so improve the p r eci s io of detection. The simulation s de monst r ate tha t   the pro p o s ed  algorithm  o u tperfo rms th e others  in t e rm s of both  pre c isi on an d conve r g e n c e   spe ed.             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Uns c ented P a rtic le Filtering Al gorithm f o r Optic a l-Fiber Sens ing Intrus ion .... (Hua Zhang)  355 Table 1. The  statistics of the algorith m Algorithms  Error o f  the location  estimation(meters)  Number of  iterations(times)  L-S[15]  0.23  >200  UKF[16]  0.21  >200  The pro posed al gorithm   0.07  <50      4.2. The rob u stn ess o f  the algorithm  to the numb e r of th e sen sors     As in state-e s timation b a sed algo rithm s , the  preci s io n is subje c t to the numb e r of the  sen s o r s an the erro rs of  the location  e s tima tion  und er va riou s n u m bers of th sen s o r s which   detecte d the   intrusi on  are  listed i n  Ta bl e 2. A s   sho w n in T able  2,  to get  high e r  p r e c isi on, t h e   intrude sho u l d be d e tect ed by mo re  than 5  sen s ors sim u ltan eou sly for L - S algorithm.  The  numbe r for the sam e  pre c isi on in the  UKF al go rith m and the propo sed al gori t hm are 3. Even  whe n  there i s  only one se nso r  whi c can dete c the intrude r, the prop osed alg o rithm can track  the intrud er p r eci s ely. It demonst r ate s  that the pr op osed algo rithm i s  ro bu st to the numb e r of th e   s e ns or s  us ed fo r  lo c a tio n  es tima tio n .       Table 2. The  statistical errors  with vario u s num be rs o f  sensors det ecting the intrusio n sig nals  Algorithms  Number of  the se nsors  Errors of th e location  estimation(meters)  L-S  1 -  3 3.29  5 0.24  UKF   1 2.12  3 0.29  5 0.11  The pro posed  algorithm  1 1.53  3 0.15  5 0.07      5. Conclusio n   To imp r ove  the converge nce  and  pre c isi on of  i n trusio n lo cali zation in  opti c al-fib er  sen s in g pe ri meter p r ote c t i on ap plicatio ns, we have  pro p o s ed  a n  algo rithm  based o n  P S O - optimize d  UP F. In the propose d  algo rith m, PSO  is employed to mitigate the sa mple deg ene racy  and im poveri s hme n t probl em of the  particle filter.  By comp ari ng th e present fitness value  of th e   particl es with  the optimu m  fitness value  of the  obj ective function,  PSO en sure s pa rticl e s th at  have in sig n ificant  UPF  weights move   towards hi gh er li kelih ood   regio n s an determi ne s t he  optimal po sit i on of pa rticl e with larg er we ight s. Simulation s have dem on strated th at the  prop osed  alg o rithm  sp eed s u p   conve r g ence a nd i m prove s  th e in trusio n lo cali zation  p r eci s i o n   comp ared wit h  previou s  m e thod s.      Ackn o w l e dg ements   This  wo rk wa supp orte d b y  the Key Te chn o logie s   R&D Pro g ra of Wu han  Cit y , China  unde r G r ant  No. 20 121 2521 825  an d the Ge ne ral Prog ram  of Nation al  Natural Sci e nce  Found ation of  China u nde r Grant  No. 61 2014 48.       Referen ces   [1]   Juarez   JC,   M a ier, EW , et  al.  Distribut ed F i b e r-Optic Intrusi on S ens or S y s t em.  Journ a l  of  Li ghtw a ve   T e chno logy.  2 005; 23( 6): 208 1-08 7.  [2]   Culsh a w   B. T he o p tical  fiber   Sagn ac i n terfe r ometer:  An ov ervie w  of  its pr incip l es an a pplic atio ns.  Measur e m ent  Scienc e an d T e chn o lo gy . 200 6; 17: 1-16.   [3]   Park  J.  F i b e r optic intrusi o n  sensor   usi n g   c oher ent optica l   time doma i n   r e flectometer.  Appl. P h ys 200 3; 42: 348 1 - 348 2.  [4]   Z hou Y, J i n g   SJ, et al. St ud on  the  distri buted  o p tical  fi ber s ensi n g  te chno log y  f o pi peli n e  safet y   detectio n  an d l o catio n Journ a l of Optoel ectronics · Las er . 200 8; 19(7): 92 2-92 4.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  349 – 3 5 6   356 [5]   Jahe d NMS, N u rmoh a mmad i  T ,  et al.  Enhan ced reso luti on  fiber optic stra i n  sensor  base d  on Mac h - Z ehnd er i n terfero m eter  an d  di sp lace ment  sensi ng  prin ciples . Proc.  of ELECO International  Confer ence  on  Electrical a nd  Electron ics En gin eeri ng. 20 0 9 ; II: 302-3 06.   [6]   Juarez JC. Dis tributed fib e r-o ptic intrusi on s ensor s y stem.  Journ a l of Lig h t w a ve T e chnol ogy . 200 5;   23: 200 0-2 083.   [7]   Linz e N, Mé gre t  P, et al. D e vel opme n t of a n  I n tr usio n Se nso r  Based  o n  a  P o lariz a tio n -OT DR S y stem.   IEEE Sensors Journal . 20 12; 12(1 0 ): 300 5-3 009.   [8]   Li  XL, Sun QZ , et al. H y bri d   T D M/W D M-Based F i be r-Optic Sensor Net w ork for Perimet e r Intrusion  Detectio n.  Jour nal of Li ghtw a v e  T e chno lo gy . 201 2; 30(8): 11 3-11 20.   [9]   Z y czko w s k i  M, Szustako w s k i  M, et al.  Fiber o p tic per imeter protecti on sens or w i th intrud er   local i z a ti on . Pr oc. of SPIE o n   Unma nne d/Un attende d S ens ors a nd S ens or Net w orks.  20 0 4 ; 56 11: 7 1 - 78.   [10]   Mcaul a y  A D , W ang J.  A Sagnac interfer o m eter sensor sys tem fo r intrusi o n detectio n  an d loca li z a ti on Proc. of SPIE  on Ena b li ng Ph otonic T e chno l ogi es  for Aeros pace Ap plic atio ns. 2004; 5 435 : 114-11 9.  [11]   Z hang C X , Li  Q, et al.  Location al gorith m  fo r multi- disturb a n ces  in fib e r-o ptic distrib u ted  disturba nce   sensor  usi n g  a M a ch-Z eh nder  interfer o m eter . Pr oc.  of Internati o n a l C onfer enc e  on  Optica l   Commun i cati o n s and N e t w or ks. 2010; 57 4: 103- 107.   [12]   Kondr at M, Szustako w s k i  M,  et al.  T w o-inter f erometer fi ber   optic s ens or w i t h distur ba nce  l o cali z a tio n Proc. of SPIE  on Un attend ed  Sensors an Sensor N e t w or ks. 2006; 63 94 : 1-7.  [13]   Z y czko w s k i  M,  Ciurapinski W.  F i ber  optic  s ensor  w i th d i sturba nce  loc a li z a ti on  in  o n e   optica l  fib e r Proc. of SPIE  on Optical Se n s ing T e chnol og y a nd App lic ati ons. 200 7; 658 5: 1-8.  [14]   Z hang  Y, Ch e n  JM. Loc atio n  metho d  of  Dis tributed   F i ber- optic P e rimeter  Securit y  S y st e m  Base d o n   Mach-Z eh nder Interferometer.   Chin ese Jo urn a l of Lasers . 2 012; 39( 6): 1-4 .   [15]   Z hang  H, J i a ng  XP,  et  al.   Un dergr ou nd  Intrusio Loc alizati o n   a n d  Identific atio n fo r Distrib ute d   Optical-F i b e r Sensi ng Per i meter Protecti on.  Internati o n a l Jour nal  of Appli ed Mat h e m atics a n d   Statistics . 2013 ; 51(22): 10 8-1 15.   [16]   Z hang H, Jia n g  XP, et al.  UK F - based U n d e rgrou nd Intrusi o n Loca lizati on  Algorit hm for Optical-F i br e   Sensi ng Perim e ter Protection.   Compter Mod e lli ng & New  Techn o lo gi es.  2014; 18( 3): 33- 38.   [17]   Z hang GY, Cheng YM, et al.  Particle Filter  Based o n  PSO . Proc. of the  Internati o n a l C onfere n ce o n   Intelli gent C o mputatio n T e chnolo g y   an d Auto mation. 20 08:  121- 124.   [18]   Li M, Y uan  L Q, et al.  U n sc ented  Particl e   F iltering  w i th  Part icle Swarm  Optimi z a tion for estimating   Nonl in ear Syst em . Proc. of th e T h ird Internation a l S y mp osiu m on Electro n i c  Commerce a nd Sec u rit y .   201 0: 79-8 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.