專利名稱：光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號識別技術(shù)，尤其涉及一種光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法。
背景技術(shù)：
光纖周界系統(tǒng)是基于光纖傳感技術(shù)的安全技術(shù)防范系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用激光、光 纖傳感和光通信等高科技技術(shù)構(gòu)建的警戒網(wǎng)絡(luò)或者安全報警系統(tǒng)，是一種對威脅公眾安全 的突發(fā)事件進行監(jiān)控和警報的現(xiàn)代防御體系。這一技術(shù)的發(fā)展既反映了現(xiàn)代反恐斗爭的需 要，也滿足了我國現(xiàn)階段對周界報警的需求。傳感光纖采用鎧裝的通信光纜，它能保證在不 受外界多變的氣候和惡劣環(huán)境的影響下，仍然能采集細小的震動。當光信號由激光器輸送 進光纖時，探測器會處理接收到的光信號的相位。假設(shè)傳感光纜沒有受到任何干擾或光的 傳輸沒有變化，那么光信號的相位也將不發(fā)生變化；當傳感光纖受到運動或震動的干擾時， 光信號的傳輸模式就會發(fā)生變化。運動、震動、壓力都會導致形態(tài)被干擾而產(chǎn)生光信號相位 的改變。光電探測器對相位改變進行探測，探測干擾的強度和類型，然后對探測到的信號進 行處理，判別它是否符合觸發(fā)“事件”的條件。如果符合條件，觸發(fā)一個“事件”，否則，忽略 該信號。判斷探測到的信號是否符合觸發(fā)“事件”的標準是用戶在軟件中對每個防區(qū)設(shè)置 的參數(shù)依據(jù)?，F(xiàn)有的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法主要采用基于入侵振動信號的時域特 征進行分析如振動幅度，由于進行閾值判斷的特征參數(shù)數(shù)量少，因此不能更準確的區(qū)分各 種外界振動信號，因此誤報率很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法誤報率高的 缺點，提出了一種光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，該方法具有更多的特征參數(shù)作為振 動信號判斷的閾值。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案是光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，包括步驟步驟1.信號采集光纖周界系統(tǒng)采集光信號并將其轉(zhuǎn)化為原始電信號S (η)；步驟2.加窗處理對原始電信號S(n)進行信號加窗處理后得到一個窗口的加窗 電信號S' (η)；步驟3.帶通濾波采用帶通濾波器對加窗電信號S' (η)進行帶通濾波得到帶通 濾波后的電信號s" (η)；步驟4.小波降噪對帶通濾波后的信號S" (η)進行小波變換處理后進一步去噪 得到小波降噪后的電信號s" ‘ (η)；步驟5.振動事件檢測對小波降噪后的電信號s" ‘ (η)進行分幀，對每幀信號 計算其短時能量&，若有任一幀短時能量&大于預先設(shè)定的短時能量閾值則認為小波降噪 后的電信號s"丨(η)在該窗口內(nèi)有振動事件發(fā)生，直接進入下一步驟，否則認為小波降噪后的電信號s" ‘ (η)在該窗口內(nèi)沒有振動事件發(fā)生，回到步驟1繼續(xù)下一窗口的處理；步驟6.特征參數(shù)提取對包含了振動事件的小波降噪后的電信號s" ‘ (η)進行 特征提取，分別提取窗口的短時能量Ε、窗口的短時平均幅度Μ、窗口的短時平均過零率Ζ、 窗口的小波分解各尺度細節(jié)信號能量Ew和窗口的振動信號功率譜P ；步驟61.計算每個窗口的短時能量E 對于包含了振動事件的電信號s" ‘ (η), 每個窗口的短時能量E的定義如下
權(quán)利要求
1.光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，包括步驟步驟1.信號采集光纖周界系統(tǒng)采集光信號并將其轉(zhuǎn)化為原始電信號s(n)；步驟2.加窗處理對原始電信號S(n)進行信號加窗處理后得到一個窗口的加窗電信 號 S' (η)；步驟3.帶通濾波采用帶通濾波器對加窗電信號S' (η)進行帶通濾波得到帶通濾波 后的電信號S" (η)；步驟4.小波降噪對帶通濾波后的信號S" (η)進行小波變換處理后進一步去噪得到 小波降噪后的電信號S"' (η)；步驟5.振動事件檢測對小波降噪后的電信號S" ‘ (η)進行分幀，對每幀信號計算 其短時能量&，若有任一幀短時能量&大于預先設(shè)定的短時能量閾值則認為小波降噪后的 電信號S" ‘ (η)在該窗口內(nèi)有振動事件發(fā)生，直接進入下一步驟，否則認為小波降噪后的 電信號S" ‘ (η)在該窗口內(nèi)沒有振動事件發(fā)生，回到步驟1繼續(xù)下一窗口的處理；步驟6.特征參數(shù)提取對包含了振動事件的小波降噪后的電信號S" ‘ (η)進行特征 提取，分別提取窗口的短時能量Ε、窗口的短時平均幅度Μ、窗口的短時平均過零率Ζ、窗口 的小波分解各尺度細節(jié)信號能量Ew和窗口的振動信號功率譜P ；步驟7.模式匹配和分類將步驟6中提取出來的特征參數(shù)與從模板特征庫中讀取出來 的特征參數(shù)在概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)分類器中進行模式匹配和分類，模式匹配和分類完成后 得到報警信號和非報警信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，窗口的短 時能量E的定義如下
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，窗口的短 時平均幅度M的定義如下
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，窗口的短 時平均過零率Z的定義如下短時平均過零率是指窗口的信號通過零值的次數(shù)，其實質(zhì)就 是信號采樣點符號變化的次數(shù)，數(shù)學表達式為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，公式(63) 計算短時平均過零率容易受到低頻的干擾，為此設(shè)定一個門限Tl，將過零率的含義修改為 跨過正負門限的次數(shù)，得到修改后的表達式
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，窗口的小 波分解各尺度細節(jié)信號能量特征Ew的定義如下采用小波變換方法進行小波分解各尺度細 節(jié)信號能量特征Ew的提取，得到小波降噪后的電信號S" ‘ (η)在各級逼近空間和細節(jié)空 間上的信號表示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，窗口的小 波分解各尺度細節(jié)信號能量特征Ew的具體計算步驟如下步驟641.利用信號的多尺度分解及其快速算法對小波降噪后的電信號S" ‘ (η)進行 小波變換分別得到逼近空間的低頻信號和細節(jié)空間的高頻信號；步驟642.對小波降噪后的電信號S" ‘ (η)進行M級小波分解，M為自然數(shù)，表示小波 變換的尺度；步驟643.在第M級逼近空間的低頻信號和第一級到第M級細節(jié)空間的高頻信號上，分 別計算它們的信號能量，把計算得到的能量作為分類的特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，窗口的振 動信號功率譜特征P的定義如下采用功率譜估計的Welch方法把小波降噪后的電信號 S" ‘ (η)進行分幀處理，分別求每一幀的功率譜，然后對所有幀的功率譜求和后取每一幀 的平均值作為該窗口的振動信號功率譜特征P。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，其特征在于，步驟7模式 匹配和分類包括步驟步驟71.消除量綱采用歸一化處理，將數(shù)據(jù)處理為區(qū)間W，l]之間的數(shù)據(jù)，采用如下 公式 公式(71)中，χ表示當前進行歸一化處理的特征參數(shù)，^n表示特征參數(shù)中數(shù)值最小的 特征參數(shù)，Xmax表示特征參數(shù)中數(shù)值最大的特征參數(shù)，χ'表示對當前特征參數(shù)χ歸一化處 理后得到的特征參數(shù)；步驟72.在概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)分類器中進行模式匹配和分類。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖周界系統(tǒng)的振動信號識別方法，包括步驟步驟1.信號采集；步驟2.加窗處理；步驟3.帶通濾波；步驟4.小波降噪；步驟5.振動事件檢測；步驟6.特征參數(shù)提??；步驟7.模式匹配和分類。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明相對現(xiàn)有方法引入了更多特征參數(shù)如短時能量E、短時平均幅度M、短時平均過零率Z、小波分解各尺度細節(jié)信號能量Ew和振動信號功率譜P，再對外界的振動信號的類別的判斷更準確，降低了錯誤報警的概率。
文檔編號H04B17/00GK102045120SQ20101052355
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者謝箭 申請人:成都九洲電子信息系統(tǒng)有限責任公司