基于光纤传感器的地震动信号定位方法及装置制造方法及图纸

本申请是关于一种基于光纤传感器的地震动信号定位方法及装置。该方法包括：获取预设时间内地震动信号及其位置信息；所述地震动信号包括K类声振动信号；对所述地震动信号中每一类声振动信号进行预处理；提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征；将所述傅里叶变换特征及其谱包络特征和所述双正交小波变换特征及其谱包络特征训练并测试目标定位跟踪训练模型；输出测试结果即光纤传感器获取震动信号对应的地面目标所在位置。本申请可以提高震动信号定位跟踪的精确性和鲁棒性。

Ground motion signal positioning method and device based on optical fiber sensor

This application is a method and device for locating ground motion signals based on optical fiber sensors. The method comprises: acquiring preset time vibration information signal and the position of the mainland; the seismic signal including K acoustic vibration signal; each type of acoustic vibration signal preprocessing signal of the vibration; Fourier transform feature extraction after pretreatment of the vibration signal and its spectrum envelope features and biorthogonal wavelet transform the characteristics and spectral envelope characteristics; the Fourier transform characteristics and spectral envelope features and the biorthogonal wavelet transform characteristics and spectral envelope features of training and training model test target tracking; the output test results that the optical fiber sensor to obtain vibration signals corresponding to the location of ground targets. The application can improve the accuracy and robustness of the positioning and tracking of the vibration signals.

【技术实现步骤摘要】
基于光纤传感器的地震动信号定位方法及装置
本申请涉及光纤传感
，尤其涉及一种基于光纤传感器的地震动信号定位方法及装置。
技术介绍
光纤传感器利用光波作为信号的载体，基于光调制效应在外界环境因素(如湿度、压力、电场等因素)发生变化时对应调整光波的物理特征参量(如强度、波长、频率、相位等)；然后利用光纤作为光波的传输媒介；最后利用光电探测器接收光波，确定光波相位和光强的变化，从而得到被检测的外界环境因素的变化情况。由于光纤本身不带电、抗电磁干扰、绝缘性好、灵敏度髙、体积小、重量轻、耐高温等优点，使得光纤传感器适于长期监测一些恶劣的环境下(髙温、易燃易爆、强电磁干扰等场所)的外界环境信息，例如，军事、航空航天、电力、铁路、油井等领域有着巨大的发展潜力。光纤传感器可以用于检测地面目标，此时作为地震动传感器。在地面目标(行人、车辆)运动时对地面进行激励从而产生地震波，该地震波会沿着地球表面介质向四面传播。例如，地面行人运动(起动、跑动、跳跃等)时，地震波主要是有规律的冲击信号。车辆运动时，地震波主要包括：一是车辆发动机引起的车辆振动对地面的冲击；二是车辆自身的悬挂的自振对地面的冲击；三是车辆的轮胎或者履带在运动过程中对地面造成的周期性的拍打。然后利用地震动传感器采集上述地震波信号，之后再对上述信号进行分析，可以实现对地面目标进行探测、分类和定位跟踪等。在实现本申请方案的过程中，专利技术人发现：在利用光线传感器定位跟踪地面目标的地震波时，由于地震动信号一般比较微弱，且外界环境复杂多变导致检测信号比较相似，无法及时对地震动信号作出准确定位。
技术实现思路
为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供一种基于光纤传感器的地震动信号定位方法及装置，用以解决相关技术中的技术问题。根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于光纤传感器的地震动信号定位方法，所述方法包括：获取预设时间内地震动信号及其位置信息；所述地震动信号包括K类声振动信号，K为正整数；对所述地震动信号中每一类声振动信号进行预处理；提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征；将所述傅里叶变换特征及其谱包络特征和所述双正交小波变换特征及其谱包络特征训练并测试目标定位跟踪训练模型；输出测试结果即光纤传感器获取震动信号对应的地面目标所在位置。可选地，获取预设时间内地震动信号及其位置信息的步骤，包括：在预设时间内的每一时刻，记录每一类信号的L个信号数据和一个位置数据；L为正整数。可选地，对所述地震动信号中每一类声振动信号进行预处理的步骤，包括：计算地震动信号的T*L个信号数据的平均值；T为预设时间段内的采集时刻的数量且为正整数，L为正整数；针对每一类声震动信号，计算每一个信号数据和该声震动信号的平均值的比值对该类声震动信号进行归一化。可选地，提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征的步骤，包括：对预处理后的地震动信号分别进行傅里叶变换和双正交小波变换，得到傅里叶变换特征和双正交小波变换特征。可选地，提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征的步骤，包括：利用经验模态分解方法对所述预处理后的地震动信号进行分解，得到多个本质模态函数分量；获取每个本质模态函数分量的谱包络特征。可选地，将所述傅里叶变换特征及其谱包络特征和所述双正交小波变换特征及其谱包络特征训练并测试目标定位跟踪训练模型的步骤，包括：将[1，T/2]时刻的傅里叶变换特征及其谱包络特征F[1,T/2]和双正交小波变换特征及其谱包络特征W[1,T/2]，以及上述特征对应的位置信号定义为训练集；将[T/2，T]时刻的傅里叶变换特征及其谱包络特征F[T/2，T]和双正交小波变换特征及其谱包络特征W[T/2，T]，以及上述特征对应的位置信号定义为测试集；T为预设时间段内的采集时刻的数量且为正整数；利用所述训练集对所述目标定位跟踪训练模型进行训练；利用所述测试集对所述目标定位跟踪训练模型进行测试。可选地，所述目标定位跟踪训练模型包括：带有时间延迟的神经网络和投影长短期记忆神经网络。根据本申请实施例的第二方面，提供一种基于光纤传感器的地震动信号定位装置，所述装置包括：信号获取模块，用于获取预设时间内地震动信号及其位置信息；所述地震动信号包括K类声振动信号，K为正整数；预处理模块，用于对所述地震动信号中每一类声振动信号进行预处理；特征获取模块，用于提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征；训练测试模块，用于将所述傅里叶变换特征及其谱包络特征和所述双正交小波变换特征及其谱包络特征训练并测试目标定位跟踪训练模型；结果输出模块，用于输出测试结果即光纤传感器获取震动信号对应的地面目标所在位置。可选地，所述特征获取模块包括变换特征获取单元和谱包络获取单元；所述变换特征获取单元，用于对预处理后的地震动信号分别进行傅里叶变换和双正交小波变换，得到傅里叶变换特征和双正交小波变换特征；所述谱包络获取单元包括：分量获取子模块，用于利用经验模态分解方法对所述预处理后的地震动信号进行分解，得到多个本质模态函数分量；谱包络获取子模块，用于获取每个本质模态函数分量的谱包络特征。可选地，所述训练测试模块包括：定义单元，用于将[1，T/2]时刻的傅里叶变换特征及其谱包络特征F[1,T/2]和双正交小波变换特征及其谱包络特征W[1,T/2]，以及上述特征对应的位置信号定义为训练集；将[T/2，T]时刻的傅里叶变换特征及其谱包络特征F[T/2，T]和双正交小波变换特征及其谱包络特征W[T/2，T]，以及上述特征对应的位置信号定义为测试集；T为预设时间段内的采集时刻的数量且为正整数；训练单元，用于利用所述训练集对所述目标定位跟踪训练模型进行训练；测试单元，用于利用所述测试集对所述目标定位跟踪训练模型进行测试。可选地，所述目标定位跟踪训练模型包括：带有时间延迟的神经网络单元和投影长短期记忆神经网络单元。本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请实施例提供的上述方法，通过获取预设时间内地震动信号及其位置信息；然后对地震动信号中每一类声振动信号进行预处理；之后提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征；再者将上述傅里叶变换特征及其谱包络特征和上述双正交小波变换特征及其谱包络特征训练并测试目标定位跟踪训练模型；在测试过程中，上述目标定位跟踪训练模型输出测试结果即光纤传感器获取震动信号对应的地面目标所在位置。可见，通过获取地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包括特征，经过实际应用测试后，与相关特征提取方法相比较，本申请能够提供更具有区分度的特征；并且，本申请中采用目标定位跟踪训练模型，提高了震动信号定位跟踪的精确性和鲁棒性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。图1是本申请一实施例提供的基于光纤传感器的地震动信号定位方法的流程示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤传感器的地震动信号定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取预设时间内地震动信号及其位置信息；所述地震动信号包括K类声振动信号，K为正整数；对所述地震动信号中每一类声振动信号进行预处理；提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征；将所述傅里叶变换特征及其谱包络特征和所述双正交小波变换特征及其谱包络特征训练并测试目标定位跟踪训练模型；输出测试结果即光纤传感器获取震动信号对应的地面目标所在位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感器的地震动信号定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取预设时间内地震动信号及其位置信息；所述地震动信号包括K类声振动信号，K为正整数；对所述地震动信号中每一类声振动信号进行预处理；提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征；将所述傅里叶变换特征及其谱包络特征和所述双正交小波变换特征及其谱包络特征训练并测试目标定位跟踪训练模型；输出测试结果即光纤传感器获取震动信号对应的地面目标所在位置。2.根据权利要求1所述的地震动信号定位方法，其特征在于，获取预设时间内地震动信号及其位置信息的步骤，包括：在预设时间内的每一时刻，记录每一类信号的L个信号数据和一个位置数据；L为正整数。3.根据权利要求1所述的地震动信号定位方法，其特征在于，对所述地震动信号中每一类声振动信号进行预处理的步骤，包括：计算地震动信号的T*L个信号数据的平均值；T为预设时间段内的采集时刻的数量且为正整数，L为正整数；针对每一类声震动信号，计算每一个信号数据和该声震动信号的平均值的比值对该类声震动信号进行归一化。4.根据权利要求1所述的地震动信号定位方法，其特征在于，提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征的步骤，包括：对预处理后的地震动信号分别进行傅里叶变换和双正交小波变换，得到傅里叶变换特征和双正交小波变换特征。5.根据权利要求1所述的地震动信号定位方法，其特征在于，提取预处理后的地震动信号的傅里叶变换特征及其谱包络特征和双正交小波变换特征及其谱包络特征的步骤，包括：利用经验模态分解方法对所述预处理后的地震动信号进行分解，得到多个本质模态函数分量；获取每个本质模态函数分量的谱包络特征。6.根据权利要求1所述的地震动信号定位方法，其特征在于，将所述傅里叶变换特征及其谱包络特征和所述双正交小波变换特征及其谱包络特征训练并测试目标定位跟踪训练模型的步骤，包括：将[1，T/2]时刻的傅里叶变换特征及其谱包络特征F[1,T/2]和双正交小波变换特征及其谱包络特征W[1,T/2]，以及上述特征对应的位置信号定义为训练集；将[T/2，T]时刻的傅里叶变换特征及其谱包络特征F[T/2，T]和双正交小波变换特征及其谱包络特征W[T/2，T]，以及上述特征对应的位置信号定义为测试集...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻乐，邹琪琳，屠东升，刘晶，常宗杰，
申请(专利权)人：北京知觉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11