一种光纤安防信号处理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤安防信号处理方法及系统，包括以下步骤：S100：获取光纤布控区域内光信号的相位差异；S200：将相位差异转变为幅值差异，获得时域分析信号包；S300：得到事件信号；S400：提取所述事件信号的交流部分，获取事件信号的时域信号；S500：对所述时域信号进行快速傅立叶变换获取所述事件信号的频域信号；S600：根据所述时域信号和频域信号获取所述事件信号的时域特征和频域特征，重构为一个数据包；S700：对所述数据包进行聚类分析，构建特征模板；S800：根据所述特征模板判断是否存在人为入侵。本发明专利技术降低了误报率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于安防领域，特别涉及一种光纤安防信号处理方法及系统。
技术介绍
周界安防系统在国防和民用领域都具有非常重要的应用，它主要用于边境线、军事基地、仓库、营房、政府设施、机场、核电站以及监狱等重要区域的周界入侵监测。目前的周界安防技术主要有泄漏电缆、微波对射、红外对射以及光纤传感技术等。光纤周界安防系统是一种对威胁区域安全的突发事件进行监控和警报的现代防御体系，是基于分布式光纤传感技术应用于周界监控防护的新系统。由于光纤及光纤传感器具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、灵敏度高、工作可靠性高、成本低廉以及无需外场供电等优点同时还可作为信号传输通道的特点让其在其他周界安防技术中脱颖而出。在实际工程应用中，传感光纤大多数是裸露在外界环境中，这种设计独特的传感光纤对运动、压力和振动非常敏感。它可沿这围栏、围墙铺设来探测攀爬和敲击，也可铺设在土壤草坪下探测踩踏。但光纤的高灵敏度必然带来系统的大量的报警，而基于时域信号能量的分析体系不足以区分大量事件预警，从而导致较高的误报率。已有技术中一般是取各种时频特性构造。环境产生较大变化时，安防系统性能大打折扣。市场上一般光纤周界安防系统数据包完全没有规律性，数据包并没有去验证。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种光纤安防信号处理方法及系统。一种光纤安防信号处理方法，包括以下步骤：S100：获取光纤布控区域内光信号的相位差异；S200：将光信号的相位差异按时间上的采样率转变为电信号上的幅值差异，获得时域分析信号包；S300：以预设的时间跨度划分所述时域分析信号包，得到事件信号；S400：提取所述事件信号的交流部分，获取事件信号的时域信号；S500：对所述时域信号进行快速傅立叶变换获得事件信号的频域信号；S600：根据所述时域信号和频域信号获取所述事件信号的时域特征和频域特征，重构所述频域特征和时域特征为一个数据包；S700：对所述数据包进行聚类分析，构建特征模板；S800：根据所述特征模板判断是否存在人为入侵。一种光纤安防信号处理系统，包括以下模块：相位差异获取模块，用于获取光纤布控区域内光信号的相位差异；时域分析信号包获取模块，用于将光信号的相位差异按时间上的采样率转变为电信号上的幅值差异，获得时域分析信号包；划分模块，用于以预设的时间跨度划分所述时域分析信号包，得到事件信号；第一获取模块，提取所述事件信号的交流部分，获取事件信号的时域信号；第二获取模块，用于对所述时域信号进行快速傅立叶变换获取所述事件信号的频域信号；重构模块，用于根据所述时域信号和频域信号获取所述事件信号的时域特征和频域特征，重构所述频域特征和时域特征为一个数据包；特征模板构建模块，用于对所述数据包进行聚类分析，构建特征模板；判断模块，用于根据所述特征模板判断是否存在人为入侵本专利技术的有益效果是：本专利技术在充分分析人类行为特征的基础上，提出一种基于时域去噪，频域滤波的信号识别新方法。在保证不漏报的情况下，收集绝大多数事件信号，通过时域去噪、频域滤波压缩提取具有代表性的频域特征，然后通过与聚类分析构建的各类事件模板进行相似性分析。本专利技术在保证识别时间和报警率的情况下，降低误报率，为光纤周界安防系统提供重要的支撑。附图说明图1是本专利技术光纤安防信号处理方法的流程图；图2是步骤S500的流程图；图3是步骤S700的流程图；图4是本专利技术光纤安防信号处理系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，使本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。实施例1首先对本专利技术的光纤安防信号处理方法做介绍，请参阅图1，本专利技术的安防信号处理方法在充分分析人类行为特征的基础上，提出了一种基于时域去噪，频域滤波的信号识别方法，收集绝大多数事件信号，通过时域去噪、频域滤波压缩提取具有代表性的频域特征，然后通过与聚类分析构建的各类事件模板进行相似性分析，从而判断是否发生入侵事件。S100：获取光纤布控区域内光信号的相位差异。可以通过M-Z型干涉仪获取所述光信号的相位差异，使用M-Z型光纤周界安防系统实时反馈布控区域内的光信号。如果光信号相位出现异常波动，则认为有事件发生。S200：将光信号的相位差异按时间上的采样率转变为电信号上的幅值差异，获得时域分析信号包。当有事件发生时，光传感单元(M-Z型)按时间上的采样率将光信号相位的差异转变成电信号上幅值的差异，获得时域分析信号包。S300：以预设的时间跨度划分所述时域分析信号包，得到事件信号。时域预处理：当光纤相位产生瞬时异动的时候，通过分析通常持续时间不到1秒。相对应的，人的瞬时行为和自然现象的瞬时效应对光纤相位的影响持续是相近的。但是，从人体力学的角度分析，人的瞬时行为是在一定适用范围内的。如人平均一分钟正常行走60～80步。按100米的距离进行奔跑分析，人的步伐为60步左右，奔跑时间为12秒左右。1秒钟内人的出拳次数在5次左右。从最短受力时间来说，人的行为是有趋势的，受限于身体各部分肌肉与骨骼的力学特性，这一切都无法超出肢体动作的速度和频率的能力限度。所以，人对光纤作用的影响从力量速度而言，取决于动作的方向和动作轨迹；从频率而言，取决于动作的部位和方式。人的行为通常是一连串动作，从整体上分析，自然环境的干扰也可能是不连续，间断的一连串干扰。动物的干扰也因符合肌肉与骨骼的力学特性属于一段范围内的速度与频率。从力学角度上分析，要持续保持受力，就必须持续有力做功。而持续做功的典型为机器振动，异常的自然环境。所以从时域上分析，用于实现光纤周界安防的时间分析上限可以为10s。同时从工程实践的领域分析，一个预警系统需要在最短时间内区分触发的事件。充分考虑工程中人行为的特性，大致将单个时域分析信号包划为0.1～1s。通过实验测试不同时间跨度的事件数据包，本专利技术发现入侵行为中数据包时间跨度为0.25秒左右的时候实际区分度最高。所以本专利技术建立以0.25秒做为事件数据分析时间跨度的时域体系。S400：提取所述事件信号的交流部分，获取事件信号的时域信号。采集到的事件信号中会存在一些直流信号，在事件分析中只需要提取信号交流部分特征，因此需要通过算法将信号中的直流信号滤除。每帧信号定义为Si(n)，定义信号均值为：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤安防信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：获取光纤布控区域内光信号的相位差异；S200：将光信号的相位差异按时间上的采样率转变为电信号上的幅值差异，获得时域分析信号包；S300：以预设的时间跨度划分所述时域分析信号包，得到事件信号；S400：提取所述事件信号的交流部分，获取事件信号的时域信号；S500：对所述时域信号进行快速傅立叶变换获得事件信号的频域信号；S600：根据所述时域信号和频域信号获取所述事件信号的时域特征和频域特征，重构所述频域特征和时域特征为一个数据包；S700：对所述数据包进行聚类分析，构建特征模板；S800：根据所述特征模板判断是否存在人为入侵。

【技术特征摘要】
1.一种光纤安防信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：获取光纤布控区域内光信号的相位差异；
S200：将光信号的相位差异按时间上的采样率转变为电信号上的幅值差异，
获得时域分析信号包；
S300：以预设的时间跨度划分所述时域分析信号包，得到事件信号；
S400：提取所述事件信号的交流部分，获取事件信号的时域信号；
S500：对所述时域信号进行快速傅立叶变换获得事件信号的频域信号；
S600：根据所述时域信号和频域信号获取所述事件信号的时域特征和频域
特征，重构所述频域特征和时域特征为一个数据包；
S700：对所述数据包进行聚类分析，构建特征模板；
S800：根据所述特征模板判断是否存在人为入侵。
2.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，通过M-Z
型干涉仪获取所述光信号的相位差异。
3.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，所述预设
的时间跨度为0.1-1S。
4.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，所述预设
的时间跨度为0.25S。
5.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，所述步骤
S400具体包括:每帧事件信号定义为Si(n)，定义事件信号均值为
Si‾=[Σn=0Nsi(n)]/n]]>式中n代表第n各采样点，令直流信号分量部分为
Sdc(n)=Si‾]]>则交流部分为
Sac(n)=Si(n)-Si‾.]]>6.根据权利要求1所述的光纤安防信号处理方法，其特征在于，所述步骤
S500具体包括：
S501：接收到的每帧事件信号为Si(n)，每帧事件信号的短时能量Ei为
Ei=Σn=0N|Si(n)|]]>设每帧的短时过零率Zi为
Zi=Σn=1N|sgn...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭琨，李青，霍晓练，杨尚文，钱志祥，汪星，胡力文，张儒，
申请(专利权)人：北京北邮国安技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11