本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三級閾值判定的有效振動波形截取方法。

背景技術(shù)：

mz光纖周界入侵監(jiān)測儀器基于mach-zehnder干涉原理，利用光纖光纜探測外界振動并判別非法入侵，抗電磁干擾強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)對周界入侵導(dǎo)致的振動的長距離實(shí)時監(jiān)測及定位。作為周界安防系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，入侵的實(shí)時精準(zhǔn)定位是周界探測預(yù)警系統(tǒng)的主要研究方向之一。實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)控環(huán)境惡劣，存在大范圍、高強(qiáng)度噪聲影響，同時信號實(shí)施采集進(jìn)入mz光纖周界入侵監(jiān)測儀器，如果對所有的輸入信號都進(jìn)行一系列的運(yùn)算處理，mz光纖周界入侵監(jiān)測儀器必然無法滿足實(shí)時性的要求，微小的延遲也將不斷的積累，最終導(dǎo)致mz光纖周界入侵監(jiān)測儀器失效；同時噪聲信號進(jìn)入定位運(yùn)算也會導(dǎo)致mz光纖周界入侵監(jiān)測儀器的定位精度低的缺點(diǎn)。目前mz光纖周界入侵監(jiān)測儀器的入侵信號處理過程中方法比較單一，多針對單一情況進(jìn)行處理，適應(yīng)性差，實(shí)時性差、定位精度不高，不能滿足光纖圍欄周界入侵實(shí)時精準(zhǔn)監(jiān)控的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種三級閾值判定的有效振動波形截取方法，與傳統(tǒng)方法相比，該方法環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、實(shí)時性高、定位精度高。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于三級閾值判定的有效振動波形截取方法，包括以下步驟：

步驟一：采集光纖周界入侵監(jiān)測儀器的振動數(shù)據(jù)，存儲在全局緩沖池ⅰ中；

步驟二：計(jì)算全局緩沖池ⅰ中振動數(shù)據(jù)的幅度均值，通過比較振動數(shù)據(jù)的幅度均值與全局閾值的大小，判定是否為大范圍環(huán)境擾動引起的信號，若為大范圍環(huán)境擾動引起的信號，則不進(jìn)行后續(xù)操作；若不為大范圍環(huán)境擾動引起的信號，則進(jìn)入步驟三；

步驟三：通過比較振動數(shù)據(jù)與入侵?jǐn)?shù)據(jù)的幅度閾值t1的大小，判定是否為振動信號，若不為振動信號，則不進(jìn)行后續(xù)操作；若為振動信號，則截取該振動數(shù)據(jù)前后一定長度的波形數(shù)據(jù)，并存儲在緩沖池ⅱ中；

步驟四：將緩沖池ⅱ中波形數(shù)據(jù)進(jìn)行片段劃分，計(jì)算每個片段振動能量，對片段振動能量進(jìn)行平滑，通過比較片段振動能量連續(xù)超過片段振動能量閾值的片段個數(shù)與片段個數(shù)閾值的大小，判斷是否為有效振動波形，若為有效振動波形，截取有效振動波形到緩沖池ⅲ中，并輸出給光纖周界入侵監(jiān)測儀器。

進(jìn)一步的，所述步驟二中，振動數(shù)據(jù)的幅度均值的具體計(jì)算方法為：對全局緩沖池ⅰ中的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行抽點(diǎn)，從第一個點(diǎn)開始每隔a個點(diǎn)抽取一個點(diǎn)，然后計(jì)算所有抽取點(diǎn)的幅值的平均值，計(jì)算公式為：

其中，g為全局緩沖池ⅰ中振動數(shù)據(jù)個數(shù)；g/a為抽取點(diǎn)的個數(shù)，x[i]為抽取點(diǎn)的幅值，x為抽取點(diǎn)幅值的平均值，用該抽取點(diǎn)幅值的平均值代表全局緩沖池ⅰ中振動數(shù)據(jù)的幅度均值。

進(jìn)一步的，所述步驟二中，如果振動數(shù)據(jù)的幅度均值大于全局閾值，則判定為大環(huán)境擾動引起的信號；如果振動數(shù)據(jù)的幅度均值不大于全局閾值，則不為大環(huán)境擾動引起的信號。

進(jìn)一步的，所述步驟三的具體方法為：比較全局緩沖池ⅰ中的振動數(shù)據(jù)幅值x[i]與幅度閾值t1的大小，若x|i|＜t1，則x[i]不為振動信號，繼續(xù)向后判斷；若x|i|≥t1，則x[i]為振動信號，截取x[i]前后長度為m的波形數(shù)據(jù)y[j]，其中，j＝1,2,….,m，并將該波形數(shù)據(jù)y[j]存儲到緩沖池ⅱ中。

進(jìn)一步的，m為振動數(shù)據(jù)入侵持續(xù)時間大于0.2秒的振動數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。

進(jìn)一步的，全局緩沖池ⅰ中待截取的振動數(shù)據(jù)的下標(biāo)取值范圍為：max(1,i-α*m)～min(g,i+(1-α)*m)，其中，i＝1,2，…g，g為全局緩沖池ⅰ中振動數(shù)據(jù)個數(shù)；α為取i左側(cè)值的占比，取值范圍為(0，1)，為經(jīng)驗(yàn)值。

進(jìn)一步的，所述步驟四的具體方法為：

(1)分段計(jì)算數(shù)據(jù)振動能量；調(diào)用線程對全局緩沖池ⅱ中波形數(shù)據(jù)y[j]進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)長度為m；首先，將波形數(shù)據(jù)y[j]進(jìn)行等長分段，得到n段數(shù)據(jù)，每段數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)c＝m/n；然后計(jì)算分段數(shù)據(jù)的振動能量a[i]，計(jì)算公式為：

其中，a[i]為波形數(shù)據(jù)y[j]中下標(biāo)從從(i-1)*c+1到i*c之間的共c個數(shù)據(jù)的絕對值之和，代表此分段的振動能量值；

(2)對分段數(shù)據(jù)的振動能量a[i]進(jìn)行平滑處理，計(jì)算公式為：

其中，n為振動能量a[i]中中下標(biāo)從max(1，i-k)到min(n,i+k)的數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)；b[i]為振動能量a[i]中數(shù)據(jù)點(diǎn)平滑值；

(3)尋找大于振動能量閾值的數(shù)據(jù)片段；從b[i]始端開始向后遍歷，尋找大于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段，即b[a]≥et，并記錄大于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的位置下標(biāo)為a，以a為起點(diǎn)，向后遍歷，直至尋找到第一個小于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段，即b[b]＜et，記錄該小于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的位置下標(biāo)為b，如果遍歷到數(shù)據(jù)結(jié)束尚未找到滿足條件的數(shù)據(jù)片段，則b賦值為n+1，則連續(xù)大于振動能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的個數(shù)num＝b-a；比較num與片段個數(shù)閾值tnum的大小，若num>tnum，判定該連續(xù)大于振動能量閾值的數(shù)據(jù)片段為有效振動波形，反之，判定該連續(xù)大于振動能量閾值的數(shù)據(jù)片段不為有效振動波形；

(4)將步驟(3)中判定出的有效振動波形進(jìn)行拷貝截取，返回步驟(3)，直至b[i]遍歷完成，所有有效振動波形均被拷貝截取，將截取的有效振動波形輸出給光纖周界監(jiān)測儀器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

采用上述技術(shù)方案，通過全局閾值對振動信號進(jìn)行大范圍環(huán)境信號干擾濾除，防止環(huán)境原因?qū)е碌恼`報(bào)，提高了光纖周界入侵監(jiān)測儀器的環(huán)境適應(yīng)性，解決了監(jiān)控環(huán)境對光纖周界入侵監(jiān)測儀器造成的大范圍、高強(qiáng)度噪聲的問題；通過幅度閾值對振動信號進(jìn)行再次篩選，濾除噪聲信號的影響，并在振動數(shù)據(jù)截取中針對振動波形特點(diǎn)，設(shè)置截取的波形數(shù)據(jù)的下標(biāo)范圍，減少運(yùn)算數(shù)據(jù)量，有效縮短光纖周界入侵監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)處理時間，能夠滿足實(shí)時性要求；通過能量閾值進(jìn)行短時能量判定和短時能量濾波，進(jìn)一步截取有效振動波形，并將截取的有效振動波形輸出到光纖周界入侵監(jiān)測儀器進(jìn)行處理，提高了光纖周界入侵監(jiān)測儀器的定位精度。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的限定。

圖1是本發(fā)明方法的流程圖；

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是示例性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

如圖1所示，一種基于三級閾值判定的有效振動波形截取方法，包括以下步驟：

步驟1：調(diào)用數(shù)據(jù)采集線程采集光纖周界入侵監(jiān)測儀器的振動數(shù)據(jù)，并將采集到的振動數(shù)據(jù)存儲在全局緩沖池ⅰ中。

步驟2.一級閾值濾除大范圍環(huán)境影響

計(jì)算全局緩沖池ⅰ中的振動數(shù)據(jù)的幅度均值，振動數(shù)據(jù)的幅度均值的具體計(jì)算方法為：

調(diào)用線程對全局緩沖池ⅰ中的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行抽點(diǎn)計(jì)算均值，計(jì)算公式為：

其中，g為全局緩沖池ⅰ中振動數(shù)據(jù)個數(shù)；g/a為抽取點(diǎn)的個數(shù)，x[i]為抽取點(diǎn)的幅值，x為抽取點(diǎn)幅值的平均值，用該抽取點(diǎn)幅值的平均值代表全局緩沖池ⅰ中振動數(shù)據(jù)的幅度均值；

在本實(shí)施例中，全局緩沖池ⅰ中振動數(shù)據(jù)個數(shù)g取值為240m；從第一個點(diǎn)開始每隔4096個點(diǎn)抽取一個點(diǎn)，抽取點(diǎn)的個數(shù)為g/a＝60k；然后利用公式(1)計(jì)算所有抽取點(diǎn)的幅值x[j]的平均值x，用該抽取點(diǎn)幅值的平均值代表全局緩沖池中振動數(shù)據(jù)的幅度均值；

將全局閾值作為一級閾值，通過比較振動數(shù)據(jù)的幅度均值與全局閾值的大小，本實(shí)例中全局閾值取值為20mv，判定是否為大范圍環(huán)境擾動引起的信號；如果振動數(shù)據(jù)的幅度均值大于全局閾值，則判定為大環(huán)境擾動引起的信號，不進(jìn)行后續(xù)操作；如果振動數(shù)據(jù)的幅度均值不大于全局閾值，則不為大環(huán)境擾動引起的信號，則進(jìn)入步驟3。

步驟3.二級閾值篩選入侵?jǐn)?shù)據(jù)

入侵?jǐn)?shù)據(jù)的幅度閾值為t1，取值為30mv，將幅度閾值為t1作為二級閾值，比較振動數(shù)據(jù)幅值x[i]與幅度閾值t1的大小，若x[i]＜t1，則x[i]不為振動信號，繼續(xù)向后判斷；若x[i]≥t1，則x[i]為振動信號，截取振動數(shù)據(jù)x[i]前后長度為m的波形數(shù)據(jù)y[j]，其中，j＝1,2,….,m；m為振動數(shù)據(jù)入侵持續(xù)時間大于0.2秒的振動數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，該實(shí)施例中m取值為2兆；全局緩沖池ⅰ中待截取的振動數(shù)據(jù)幅值x[i]的下標(biāo)取值范圍為：max(1,i-0.2*m)～min(g,i+0.8*m)，其中，i＝1,2，…g，g為全局緩沖池ⅰ中振動數(shù)據(jù)個數(shù)，此時α取值0.2；并將截取出的波形數(shù)據(jù)y[j]存儲在緩沖池ⅱ中。

步驟4.三級閾值截取有效振動波形

(1)分段計(jì)算數(shù)據(jù)振動能量；對步全局緩沖池ⅱ中波形數(shù)據(jù)y[j]進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)長度為m；首先，將波形數(shù)據(jù)y[j]進(jìn)行等長分段，得到n段數(shù)據(jù)，每段數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)c＝m/n；然后計(jì)算分段數(shù)據(jù)的振動能量a[i]，計(jì)算公式為：

其中，a[i]為波形數(shù)據(jù)y[j]中下標(biāo)從(i-1)*c+1到i*c之間的共c個數(shù)據(jù)的絕對值之和，代表此分段的振動能量值；

本實(shí)施例中，m取值為2m，n取值為512，則每段數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)c＝m/n＝4k。

(2)對分段數(shù)據(jù)的振動能量a[i]進(jìn)行平滑處理，計(jì)算公式為：

其中，n為振動能量a[i]中下標(biāo)從max(1，i-k)到min(n,i+k)的數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)；b[i]為振動能量a[i]中數(shù)據(jù)點(diǎn)平滑值；

通過對分段數(shù)據(jù)的振動能量a[i]進(jìn)行平滑處理，能有效避免因個別段數(shù)據(jù)能量小而導(dǎo)致誤將一個入侵事件造成的振動波形分割成若干個波形的問題；

(3)尋找大于振動能量閾值的數(shù)據(jù)片段；從b[i]始端開始向后遍歷，尋找大于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段，即b[a]≥et，并記錄大于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的位置下標(biāo)為a；以a為起點(diǎn),向后遍歷，直至尋找到第一個小于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段，即b[b]＜et，并記錄該小于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的位置下標(biāo)為b，如果遍歷到數(shù)據(jù)結(jié)束尚未找到滿足條件的數(shù)據(jù)片段，則b賦值為n+1，則連續(xù)大于振動能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的個數(shù)num＝b-a；比較num與片段個數(shù)閾值tnum的大小，若num>tnum，判定該連續(xù)大于振動能量閾值的數(shù)據(jù)片段為有效振動波形，反之，判定該連續(xù)大于振動能量閾值的數(shù)據(jù)片段不為有效振動波形；

本實(shí)施例中，判定大于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的下標(biāo)a＝50，判定小于能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的位置下標(biāo)b＝170，則連續(xù)大于振動能量閾值et的數(shù)據(jù)片段的個數(shù)num＝170-50＝120，tnum選取為100，滿足num>tnum,判定次片段數(shù)據(jù)為有效振動波形，截取y[j]中下標(biāo)為[a*c，b*c)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。

(4)將步驟(3)中判定出的有效振動波形進(jìn)行拷貝截取，返回步驟(3)，直至b[i]遍歷完成，所有有效振動波形均被拷貝截取，并將截取的所有有效振動波形輸出給光纖周界監(jiān)測儀器進(jìn)行后續(xù)處理。

采用上述方案，采用上述技術(shù)方案，通過全局閾值對振動信號進(jìn)行大范圍環(huán)境信號干擾濾除，防止環(huán)境原因?qū)е碌恼`報(bào)，提高了光纖周界入侵監(jiān)測儀器的環(huán)境適應(yīng)性，解決了監(jiān)控環(huán)境對光纖周界入侵監(jiān)測儀器造成的大范圍、高強(qiáng)度噪聲的問題；通過幅度閾值對振動信號再次進(jìn)行篩選，濾除非振動信號，并在振動數(shù)據(jù)截取中針對振動波形特點(diǎn)，設(shè)置截取的振動數(shù)據(jù)的下標(biāo)范圍，減少運(yùn)算數(shù)據(jù)量，有效縮短光纖周界入侵監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)處理時間，能夠滿足實(shí)時性要求；通過能量閾值進(jìn)行短時能量判定和短時能量濾波，進(jìn)一步截取有效數(shù)據(jù)片段進(jìn)行處理，將截取的有效振動波形輸出到光纖周界入侵監(jiān)測儀器，提高了光纖周界入侵監(jiān)測儀器的定位精度。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。