一種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，包括以下步驟：S100：獲取光纖布控區(qū)域內(nèi)光信號(hào)的相位差異；S200：獲得時(shí)域分析信號(hào)包；S300：以預(yù)設(shè)的時(shí)間跨度劃分所述時(shí)域分析信號(hào)包，得到事件信號(hào)；S400：獲取事件信號(hào)的時(shí)域信號(hào)；S500：獲得事件信號(hào)的頻域信號(hào)；S600：根據(jù)所述頻域信號(hào)連零點(diǎn)的位置判定信號(hào)的種類；S700：構(gòu)建特征模板；S800：根據(jù)所述特征模板判斷所述不能判斷信號(hào)是否為異常信號(hào)。本發(fā)明降低了誤報(bào)率。
【專利說明】
-種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于安防領(lǐng)域，特別設(shè)及一種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 周界安防系統(tǒng)在國防和民用領(lǐng)域都具有非常重要的應(yīng)用，它主要用于邊境線、軍 事基地、倉庫、營房、政府設(shè)施、機(jī)場、核電站W(wǎng)及監(jiān)獄等重要區(qū)域的周界入侵監(jiān)測。目前的 周界安防技術(shù)主要有泄漏電纜、微波對射、紅外對射W及光纖傳感技術(shù)等。光纖周界安防系 統(tǒng)是一種對威脅區(qū)域安全的突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)控和警報(bào)的現(xiàn)代防御體系，是基于分布式光纖 傳感技術(shù)應(yīng)用于周界監(jiān)控防護(hù)的新系統(tǒng)。由于光纖及光纖傳感器具有體積小、重量輕、抗干 擾能力強(qiáng)、靈敏度高、工作可靠性高、成本低廉W及無需外場供電等優(yōu)點(diǎn)同時(shí)還可作為信號(hào) 傳輸通道的特點(diǎn)讓其在其他周界安防技術(shù)中脫穎而出。在實(shí)際工程應(yīng)用中，傳感光纖大多 數(shù)是裸露在外界環(huán)境中，運(yùn)種設(shè)計(jì)獨(dú)特的傳感光纖對運(yùn)動(dòng)、壓力和振動(dòng)非常敏感。它可沿運(yùn) 圍欄、圍墻鋪設(shè)來探測攀爬和敲擊，也可鋪設(shè)在±壤草坪下探測踩踏。但光纖的高靈敏度必 然帶來系統(tǒng)的大量的報(bào)警，而基于時(shí)域信號(hào)能量的分析體系不足W區(qū)分大量事件預(yù)警，從 而導(dǎo)致較高的誤報(bào)率。
【申請人】早期申請的中國專利CN201610046738.0公開了一種光纖安防 信號(hào)處理方法及系統(tǒng)，但在該專利中需要根據(jù)時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)獲取事件信號(hào)的時(shí)域特 征和頻域特征，重構(gòu)頻域特征和時(shí)域特征為一個(gè)數(shù)據(jù)包，之后對數(shù)據(jù)包中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理，運(yùn)樣系統(tǒng)就需要處理大量的數(shù)據(jù)，降低了系統(tǒng)運(yùn)行速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法及系統(tǒng)。
[0004] -種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，包括W下步驟:S100:獲取光纖布控區(qū)域內(nèi)光信 號(hào)的相位差異;S200:將光信號(hào)的相位差異按時(shí)間上的采樣率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)上的幅值差異， 獲得時(shí)域分析信號(hào)包;S300: W預(yù)設(shè)的時(shí)間跨度劃分所述時(shí)域分析信號(hào)包，得到事件信號(hào)； S400:提取所述事件信號(hào)的交流部分，獲取事件信號(hào)的時(shí)域信號(hào)；S500:對所述時(shí)域信號(hào)進(jìn) 行快速傅立葉變換獲得事件信號(hào)的頻域信號(hào)；S600:根據(jù)所述頻域信號(hào)連零點(diǎn)的位置判定 信號(hào)的種類，所述信號(hào)種類包括:異常信號(hào)，非異常信號(hào)，和不能判斷信號(hào)；S700:對所述不 能判斷信號(hào)進(jìn)行聚類分析，構(gòu)建特征模板;S800:根據(jù)所述特征模板判斷所述不能判斷信號(hào) 是否為異常信號(hào)。
[0005] -種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別系統(tǒng)，包括W下模塊:相位差異獲取模塊，用于獲取光 纖布控區(qū)域內(nèi)光信號(hào)的相位差異;時(shí)域分析信號(hào)包獲取模塊，用于將光信號(hào)的相位差異按 時(shí)間上的采樣率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)上的幅值差異，獲得時(shí)域分析信號(hào)包;劃分模塊，用于W預(yù)設(shè) 的時(shí)間跨度劃分所述時(shí)域分析信號(hào)包，得到事件信號(hào);第一獲取模塊，提取所述事件信號(hào)的 交流部分，獲取事件信號(hào)的時(shí)域信號(hào);第二獲取模塊，用于對所述時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉 變換獲取所述事件信號(hào)的頻域信號(hào)；第一判斷模塊，用于根據(jù)所述頻域信號(hào)連零點(diǎn)的位置 判定信號(hào)的種類，所述信號(hào)種類包括:異常信號(hào)，非異常信號(hào)，和不能判斷信號(hào);特征模板構(gòu) 建模塊，用于對所述不能判斷信號(hào)進(jìn)行聚類分析，構(gòu)建特征模板;第二判斷模塊，用于根據(jù) 所述特征模板判斷所述不能判斷信號(hào)是否為異常信號(hào)。
[0006] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在充分分析人類行為特征的基礎(chǔ)上，提出一種基于 時(shí)域去噪，頻域?yàn)V波的信號(hào)識(shí)別新方法。在保證不漏報(bào)的情況下，收集絕大多數(shù)事件信號(hào)， 通過連零判斷，只將待判定信號(hào)發(fā)送給后續(xù)步驟處理判斷，運(yùn)樣大大減少了需要處理的數(shù) 據(jù)量，提高了處理速度;然后通過與聚類分析構(gòu)建的各類事件模板進(jìn)行相似性分析。本發(fā)明 通過運(yùn)樣兩重識(shí)別，在保證識(shí)別時(shí)間和報(bào)警率的情況下，降低誤報(bào)率，為光纖周界安防系統(tǒng) 提供重要的支撐。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法的流程圖；
[000引圖2是步驟S500的流程圖；
[0009] 圖3是步驟S600的原理圖；
[0010] 圖4是步驟S700的流程圖；
[0011] 圖5是本發(fā)明光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明，使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全 部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā) 明的主旨。
[OOU]實(shí)施例1
[0014] 首先對本發(fā)明的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法做介紹，請參閱圖1，本發(fā)明的安防信 號(hào)處理方法在充分分析人類行為特征的基礎(chǔ)上，提出了一種基于時(shí)域去噪，頻域?yàn)V波的信 號(hào)識(shí)別方法，收集絕大多數(shù)事件信號(hào)，通過時(shí)域去噪、頻域?yàn)V波壓縮提取具有代表性的頻域 特征，然后通過與聚類分析構(gòu)建的各類事件模板進(jìn)行相似性分析，從而判斷是否發(fā)生入侵 事件。
[0015] SlOO:獲取光纖布控區(qū)域內(nèi)光信號(hào)的相位差異?？蒞通過M-Z型干設(shè)儀獲取所述光 信號(hào)的相位差異，使用M-Z型光纖周界安防系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋布控區(qū)域內(nèi)的光信號(hào)。如果光信號(hào) 相位出現(xiàn)異常波動(dòng)，則認(rèn)為有事件發(fā)生。
[0016] S200:將光信號(hào)的相位差異按時(shí)間上的采樣率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)上的幅值差異，獲得 時(shí)域分析信號(hào)包。當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)，光傳感單元(M-Z型)按時(shí)間上的采樣率將光信號(hào)相位的 差異轉(zhuǎn)變成電信號(hào)上幅值的差異，獲得時(shí)域分析信號(hào)包。
[0017] S300: W預(yù)設(shè)的時(shí)間跨度劃分所述時(shí)域分析信號(hào)包，得到事件信號(hào)。時(shí)域預(yù)處理： 當(dāng)光纖相位產(chǎn)生瞬時(shí)異動(dòng)的時(shí)候，通過分析通常持續(xù)時(shí)間不到1秒。相對應(yīng)的，人的瞬時(shí)行 為和自然現(xiàn)象的瞬時(shí)效應(yīng)對光纖相位的影響持續(xù)是相近的。但是，從人體力學(xué)的角度分 析，人的瞬時(shí)行為是在一定適用范圍內(nèi)的。如人平均一分鐘正常行走60~80步。按100米的 距離進(jìn)行奔跑分析，人的步伐為60步左右，奔跑時(shí)間為12秒左右。1秒鐘內(nèi)人的出拳次數(shù)在5 次左右。從最短受力時(shí)間來說，人的行為是有趨勢的，受限于身體各部分肌肉與骨骼的力學(xué) 特性，運(yùn)一切都無法超出肢體動(dòng)作的速度和頻率的能力限度。所W，人對光纖作用的影響從 力量速度而言，取決于動(dòng)作的方向和動(dòng)作軌跡;從頻率而言，取決于動(dòng)作的部位和方式。人 的行為通常是一連串動(dòng)作，從整體上分析，自然環(huán)境的干擾也可能是不連續(xù)，間斷的一連串 干擾。動(dòng)物的干擾也因符合肌肉與骨骼的力學(xué)特性屬于一段范圍內(nèi)的速度與頻率。從力學(xué) 角度上分析，要持續(xù)保持受力，就必須持續(xù)有力做功。而持續(xù)做功的典型為機(jī)器振動(dòng)，異常 的自然環(huán)境。
[0018] 所W從時(shí)域上分析，用于實(shí)現(xiàn)光纖周界安防的時(shí)間分析上限可W為10s。同時(shí)從工 程實(shí)踐的領(lǐng)域分析，一個(gè)預(yù)警系統(tǒng)需要在最短時(shí)間內(nèi)區(qū)分觸發(fā)的事件。充分考慮工程中人 行為的特性，大致將單個(gè)時(shí)域分析信號(hào)包劃為0.1~Is。通過實(shí)驗(yàn)測試不同時(shí)間跨度的事件 數(shù)據(jù)包，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)入侵行為中數(shù)據(jù)包時(shí)間跨度為0.25秒左右的時(shí)候?qū)嶋H區(qū)分度最高。所 W本發(fā)明建立WO.25秒做為事件數(shù)據(jù)分析時(shí)間跨度的時(shí)域體系。
[0019] S400:提取所述事件信號(hào)的交流部分，獲取事件信號(hào)的時(shí)域信號(hào)。采集到的事件信 號(hào)中會(huì)存在一些直流信號(hào)，在事件分析中只需要提取信號(hào)交流部分特征，因此需要通過算 法將信號(hào)中的直流信號(hào)濾除。每帖信號(hào)定義為Si(n)，定義信號(hào)均值為：
[0020]
[0021] 令直流信號(hào)分量部分為
W交流部分為
同時(shí)， 入侵信號(hào)大致在IOOK化W內(nèi)。通過對事件信號(hào)降采樣。降采樣得到壓縮后的數(shù)據(jù)包。
[0022] S500:對所述時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換獲取所述事件信號(hào)的頻域信號(hào)。由于 人為入侵信號(hào)與環(huán)境噪聲的時(shí)域波形的能量和過零率上有一些差別，因此本發(fā)明根據(jù)信號(hào) 的短時(shí)過零率和短時(shí)能量大小來提取事件信號(hào)的時(shí)域特征。如圖2所示，其包括W下步驟：
[0023] S501:計(jì)算短時(shí)能量和短時(shí)過零率。定義接收到的時(shí)域信號(hào)為Si(n)，每帖信號(hào)短 時(shí)能量為
[0024]
[0025] 設(shè)每帖的短時(shí)過零率為
[0026]
[0027]計(jì)算環(huán)境噪聲的短時(shí)能量和短時(shí)過零率，假設(shè)前10帖信號(hào)為環(huán)境噪聲，首先求出 每帖噪聲的均方差，將運(yùn)10個(gè)均方差的均值作為信號(hào)短時(shí)過零率的直流偏置。求出前10帖 的短時(shí)能量和短時(shí)過零率的均值Zmean、Emean和標(biāo)準(zhǔn)差Zstd、Estd，就可W得到其初始值Zo = Zmean+2*Zstd和E日二Emean+巧Estd ,設(shè)置兩個(gè)系數(shù)Ecoef和Zcoef作為闊值，改變兩個(gè)系數(shù)值用于調(diào) 節(jié)系統(tǒng)的靈敏度。
[00%] S502:每過預(yù)設(shè)時(shí)間，重復(fù)步驟S501，只計(jì)算小于闊值的帖，修改闊值;預(yù)設(shè)的時(shí)間 可W是1小時(shí)、1天等。
[0029] S503:提取出事件信號(hào)的時(shí)域信號(hào)x(n)。若此時(shí)有一帖信號(hào)Si(n)被判定為入侵信 號(hào)，取出該帖信號(hào)的前一帖Si-i(n)平分為5個(gè)子帖，從后往前分別計(jì)算運(yùn)幾個(gè)子帖的短時(shí)能 量。取出子帖中短時(shí)能量大于闊值的幾個(gè)子帖，作為該次入侵信號(hào)的起點(diǎn)。同樣的方法找出 入侵信號(hào)的終點(diǎn)。提取出信號(hào)x(n)。
[0030] S504:頻域特征處理:在事件信號(hào)在時(shí)域上提取特征后，事件信號(hào)再通過FFT變換， 再將頻域數(shù)據(jù)歸一化，作為頻域特征。對時(shí)域信號(hào)x(n)做傅里葉變換得出頻域特性：
[0031]
[0032]
[0033]
[0034] S600:根據(jù)頻域特征連零點(diǎn)的位置判定信號(hào)的種類，所述信號(hào)種類包括：異常信 號(hào)，非異常信號(hào)，和不能判斷信號(hào)。
[0035]
【申請人】發(fā)現(xiàn)對于光纖布控區(qū)域內(nèi)不同種類的入侵會(huì)產(chǎn)生不同的光信號(hào)，動(dòng)物類入 侵所引起的光信號(hào)會(huì)W較快的速度衰減，而人為入侵所引起的光信號(hào)會(huì)W較慢的速度衰 減，而有些信號(hào)衰減速度介于入侵與非入侵之間，需做進(jìn)一步判定?；诖?，本發(fā)明通過連 續(xù)的零信號(hào)出現(xiàn)的區(qū)域來反映光信號(hào)的衰減速度，進(jìn)而據(jù)此判斷出現(xiàn)信號(hào)的種類，即連零 判斷。信號(hào)種類包括:異常信號(hào)，非異常信號(hào)，和不能判斷信號(hào)。
[0036] S601:獲得歸一化的光信號(hào)頻域特征Xnnrm化)后，將頻域特征Xnnrm化)按小于一可調(diào) 參數(shù)Vmin進(jìn)行濾波，使Xn。?化）=0 ; i f Xn。?化)< Vmin，k = 0，l，…，N。Xn。?化）的值反映了入侵 信號(hào)的強(qiáng)弱，沒有入侵行為或非人為入侵時(shí)XnDrm(k)值為0或一較小值，當(dāng)發(fā)生人為入侵時(shí) Xnnrm化)變大。將小于可調(diào)參數(shù)Vmin的Xnorm化)的值均按0來處理，運(yùn)樣便獲得了一些連續(xù)的零 信號(hào)。
[0037] S602:設(shè)置可調(diào)參數(shù)Vwdg i，vwdg 2,將整個(gè)頻域分別劃分成3個(gè)部分
[003引 f*dgi:(0，Vju<igi]，
[0039] fjudg 2： ( Vjudg I. Vjudg 2],
[0040] f扣dg 3: (V扣dg 2, + °°)
[0041 ] S603:設(shè)置一個(gè)定值Vzern，當(dāng)在頻域中第一次出現(xiàn)滿足下式的信號(hào)時(shí)，記錄farea+ Vzer。所在區(qū)域。
[0042] Xnorm ( k ) = 0 ； i f k = f area , ''' , f area+Vzero
[0043] S604:如果farea+Vzer。在fjudg I則判定為非入侵?jǐn)?shù)據(jù)(非異常信號(hào)）；如果在fjudg 3貝IJ 判定為入侵?jǐn)?shù)據(jù)(異常信號(hào)）；如果在f Wdg 2(不能判斷信號(hào))則進(jìn)入聚類分析的算法。
[0044] 請參閱圖3,圖3中A、B、CS條光信號(hào)頻域特征Xn。?化）曲線分別代表了S種不同的 入侵情況，其中A曲線為非人為入侵(非異常信號(hào)），B為不可判定情況(不能判斷信號(hào)），C為 人為入侵(異常信號(hào)），根據(jù)本發(fā)明的連零判斷法，對于A類情況，Xnerm化)在k = farea處小于了 可調(diào)參數(shù)Vmin,此時(shí)開始記錄連續(xù)出現(xiàn)零的次數(shù)，在記錄下定值Vzern次零出現(xiàn)后，XnDrm(f area+ Vzero )二0 ,此時(shí)f area+Vzero位于fjudg 1.(0,Vjudg I ]這區(qū)域，則可判走A屬于非人為入仁;。與A 的判定方法相同，可W通過連零判斷可W判定B屬于不可判定情況，而C屬于人為入侵。
[0045] 通過運(yùn)一判斷，本發(fā)明將信號(hào)分為了非入侵信號(hào)、待判定信號(hào)和入侵信號(hào)，對于光 纖安防系統(tǒng)而言，大多數(shù)信號(hào)均屬于比較容易判定的非入侵信號(hào)或入侵信號(hào)，運(yùn)類信號(hào)不 需要再做進(jìn)一步的判斷處理，因此可W只將待判定信號(hào)發(fā)送給后續(xù)步驟處理判斷，運(yùn)樣大 大減少了需要處理的數(shù)據(jù)量，提高了處理速度。
[0046] S700:對所述不能判斷信號(hào)進(jìn)行聚類分析，構(gòu)建特征模板。在系統(tǒng)正式使用前，聚 合大量事件的特征進(jìn)行聚類分析，通過聚類分析構(gòu)建出各種類別的特征模板。再將各個(gè)類 別的模板分成2類:一類為人為;一類為非人為。本發(fā)明將每一個(gè)入侵信號(hào)的時(shí)頻特征數(shù)據(jù) 看作一組向量。應(yīng)用K均值聚類方法找出每類入侵信號(hào)一個(gè)或幾個(gè)模版向量，請參閱圖4。
[0047] S701:根據(jù)實(shí)際情況確定分類數(shù)k，從n個(gè)數(shù)據(jù)對象選擇2個(gè)距離最大的對象Xii, xi2 作為聚點(diǎn)；
[004引 S702:選擇第3個(gè)聚點(diǎn)Xi3,滿足如下關(guān)系：
[0049] min{d(xi3，xir)} =max{min{d(xj，xir)}}
[0050] 其中：r = l ,2; j聲ii,i2;
[0051 ] S703:重復(fù)步驟S702直到選擇出第k個(gè)聚點(diǎn)Xik，得到k個(gè)初始聚點(diǎn)的集合：
[0化2]
[0化3]
[0化4]
[0055] t初始分類：
[0化6]
[0057] J如下；
[0化引
[0059] S705:重復(fù)步驟S704m次后，當(dāng)前分類G(m>與前次分類G(m-。相等時(shí)，即G (m> =G(m-i) 時(shí)，則計(jì)算結(jié)束；
[0060] S706:將的作為一組模版保存下來。
[0061] S800:根據(jù)所述特征模板判斷所述不能判斷信號(hào)是否為人為入侵信號(hào)。將實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)與特征模版對比相似度，取相似度最大的類別模板。然后再判斷模板是屬于人為還是非 人為。W此作為輸出，人為生成報(bào)警信號(hào)，非人為生成提示信號(hào)。由于余弦相似度越大，則表 明入侵信號(hào)干檀版的相似底械高。計(jì)當(dāng)入停倍號(hào)X臺(tái)模版之間的余弦相似度：
[0062]
[0063] 得到一組余弦相似度數(shù)組xcor。因此求出xcor中最大值xcori和類別i，并將該入 侵信號(hào)作為第i類入侵信號(hào)。
[0064] 實(shí)施例2
[0065] 相應(yīng)的，如圖5所示，本發(fā)明還提供了一種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別系統(tǒng)，一種光纖 安防信號(hào)處理系統(tǒng)，包括W下模塊:相位差異獲取模塊，用于獲取光纖布控區(qū)域內(nèi)光信號(hào)的 相位差異;時(shí)域分析信號(hào)包獲取模塊，用于將光信號(hào)的相位差異按時(shí)間上的采樣率轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號(hào)上的幅值差異，獲得時(shí)域分析信號(hào)包;劃分模塊，用于W預(yù)設(shè)的時(shí)間跨度劃分所述時(shí) 域分析信號(hào)包，得到事件信號(hào)；第一獲取模塊，提取所述事件信號(hào)的交流部分，獲取事件信 號(hào)的時(shí)域信號(hào);第二獲取模塊，用于對所述時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換獲取所述事件信 號(hào)的頻域信號(hào)；第一判斷模塊，用于根據(jù)所述頻域信號(hào)連零點(diǎn)的位置判定信號(hào)的種類，所 述信號(hào)種類包括:異常信號(hào)，非異常信號(hào)，和不能判斷信號(hào);特征模板構(gòu)建模塊，用于對所述 不能判斷信號(hào)進(jìn)行聚類分析，構(gòu)建特征模板;第二判斷模塊，用于根據(jù)所述特征模板判斷所 述不能判斷信號(hào)是否為異常信號(hào)。
[0066] 在W上的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)W便于充分理解本發(fā)明。但是W上描述僅是 本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明能夠W很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本 發(fā)明不受上面公開的具體實(shí)施的限制。同時(shí)任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù) 方案范圍情況下，都可利用上述掲示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的 變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對W上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟： SlOO:獲取光纖布控區(qū)域內(nèi)光信號(hào)的相位差異； S200:將光信號(hào)的相位差異按時(shí)間上的采樣率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)上的幅值差異，獲得時(shí)域 分析信號(hào)包； S300:以預(yù)設(shè)的時(shí)間跨度劃分所述時(shí)域分析信號(hào)包，得到事件信號(hào)； S400:提取所述事件信號(hào)的交流部分，獲取事件信號(hào)的時(shí)域信號(hào)； S500:對所述時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換獲得事件信號(hào)的頻域信號(hào)； S600:根據(jù)所述頻域信號(hào)連零點(diǎn)的位置判定信號(hào)的種類，所述信號(hào)種類包括：異常信 號(hào)，非異常信號(hào)，和初步不能判斷信號(hào)； S700:采集入侵事件和環(huán)境的頻域信號(hào)通過聚類分析，構(gòu)建特征模板； S800:根據(jù)所述特征模板判斷所述不能判斷信號(hào)是否為異常信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，通過M-Z型干涉儀 獲取所述光信號(hào)的相位差異。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的時(shí)間跨 度為 0.1-1S。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的時(shí)間跨 度為0.25S。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S400具體 包括:每幀事件信號(hào)定義為S1U)，定義事件信號(hào)均值為式中η代表第η各采樣點(diǎn)，令直流信號(hào)分量部分為 Sdc(K)=蜀 則交流部分為 S￡tc(^) = Si(Tl) - S,.6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S500具體 包括： S501:接收到的每幀事件信號(hào)為S1U)，每幀事件信號(hào)的短時(shí)能量E1*設(shè)每幀的短時(shí)過零率Zi為式中Sgn為符號(hào)函數(shù)； 計(jì)算環(huán)境噪聲的短時(shí)能量和短時(shí)過零率，假設(shè)前10幀事件信號(hào)為環(huán)境噪聲，首先求出 每幀噪聲的均方差，將這10個(gè)均方差的均值作為信號(hào)短時(shí)過零率的直流偏置，求出前10幀 的短時(shí)能量和短時(shí)過零率的均值Zmean、E mear^P標(biāo)準(zhǔn)差Zstd、Estd，得到其初始值Z〇 = Zmean+2* Zstd和E〇 = Em_+2*Estd，設(shè)置兩個(gè)系數(shù)Ecoef和Zcoef作為閾值，兩個(gè)閾值用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)靈敏度； S502:每過預(yù)設(shè)時(shí)間，重復(fù)步驟S501，只計(jì)算小于閾值的幀，修改閾值； S503:若此時(shí)有一幀信號(hào)Si(n)被判定為入侵信號(hào)，取出該幀信號(hào)的前一幀Si-i(n)平分 為5個(gè)子幀，從后往前分別計(jì)算這幾個(gè)子幀的短時(shí)能量，取出子幀中短時(shí)能量大于閾值的幾 個(gè)子幀，作為該次入侵信號(hào)的起點(diǎn)，同理找出入侵信號(hào)的終點(diǎn)，提取出事件信號(hào)的時(shí)域信號(hào) x(n)； S504:對時(shí)域信號(hào)x(n)做傅里葉變換得出頻域信號(hào)：然后對頗域信號(hào)講行1]3-化：7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S600具體 包括： S601:獲得歸一化的光信號(hào)頻域特征Xn_(k)后，將頻域特征Xn_(k)按小于一可調(diào)參數(shù) Vmin進(jìn)行濾波，使X norm (k) =0;if X norm (k)〈Vmin，k = 0，I，…，N; S602:設(shè)置可調(diào)參數(shù)VjudgI，vjUdg2，將整個(gè)頻域分別劃分成3個(gè)部分， f judgl. (〇 , Vjudgl] , f judg2 . ( Vjudgl , Vjudg2] , f judg3 . ( Vjudg2 , +°° )； S603:設(shè)置一個(gè)定值Vzer。，當(dāng)在頻域中第一次出現(xiàn)滿足 Xnorm(k) =0； if k = f area j * * * j f area^Vzero 的i目號(hào)時(shí)，記錄farea+Vzer。所在區(qū)域； S604:如果farea+Vzer。在f judgi則判定為非異常信號(hào)；如果在f judg3則判定為異常信號(hào)；如 果在fjUdg2則進(jìn)入步驟S700。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S700具體 包括： S701:確定分類數(shù)k，從η個(gè)數(shù)據(jù)對象選擇2個(gè)距離最大的對象xu，xi2作為聚點(diǎn)； S702:選擇第3個(gè)聚點(diǎn)Xi3，滿足如下關(guān)系： min{d(xi3，xir)} =max{min{d(xj，xir)}} 其中：r=l，2; j乒ii，i2; S703:重復(fù)步驟S702直到選擇出第k個(gè)聚點(diǎn)Xik，得到k個(gè)初始聚點(diǎn)的集合：S704:根據(jù)初始分類重新計(jì)算聚點(diǎn)，規(guī)則如下：S705:重復(fù)步驟S704m次后，得到G(m) = G(lrf)，則計(jì)算結(jié)束； S706:將作為一組模版保存下來。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S800包 括： 計(jì)算入侵信號(hào)X與模版％(?η)之間的余弦相似度：得到一組余弦相似度數(shù)組Xcor，求出xcor中最大值xcori和類別i，并將該入侵信號(hào)作為 第i類入侵信號(hào)。10. -種光纖安防信號(hào)雙重識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊： 相位差異獲取模塊，用于獲取光纖布控區(qū)域內(nèi)光信號(hào)的相位差異； 時(shí)域分析信號(hào)包獲取模塊，用于將光信號(hào)的相位差異按時(shí)間上的采樣率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào) 上的幅值差異，獲得時(shí)域分析信號(hào)包； 劃分模塊，用于以預(yù)設(shè)的時(shí)間跨度劃分所述時(shí)域分析信號(hào)包，得到事件信號(hào)； 第一獲取模塊，提取所述事件信號(hào)的交流部分，獲取事件信號(hào)的時(shí)域信號(hào)； 第二獲取模塊，用于對所述時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換獲取所述事件信號(hào)的頻域信 號(hào)； 第一判斷模塊，用于根據(jù)所述頻域信號(hào)連零點(diǎn)的位置判定信號(hào)的種類，所述信號(hào)種類 包括:異常信號(hào)，非異常信號(hào)，和不能判斷信號(hào)； 特征模板構(gòu)建模塊，用于采集入侵事件和環(huán)境的頻域信號(hào)通過聚類分析，構(gòu)建特征模 板； 第二判斷模塊，用于根據(jù)所述特征模板判斷所述不能判斷信號(hào)是否為異常信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G08B13/186GK106023499SQ201610279654
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】彭琨, 李青, 霍曉練, 楊尚文, 胡力文, 張儒
【申請人】北京北郵國安技術(shù)股份有限公司