一种智能无人值守传感器系统及目标识别方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能无人值守传感器系统，包括电源转换单元和依次相连的地震检波单元、信号处理单元、数据处理单元和通讯单元；地震检波单元用于将震动信号转换为电信号，信号处理单元用于将电信号转换为数字信号，数据处理单元用于对数字信号进行分析处理得到目标识别结果。本发明专利技术还公开了一种基于如上所述系统的目标识别方法，包括：S1、地震检波单元用于将震动信号转换为电信号；S2、信号处理单元用于将电信号转换为数字信号；S3、数据处理单元用于对数字信号进行处理得到识别结果；S4、通讯单元用于输出目标识别结果。本发明专利技术具有布设灵活、隐蔽性好、识别率高、识别类型多、抗干扰强、集成性好、全天候工作等优点。全天候工作等优点。全天候工作等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种智能无人值守传感器系统及目标识别方法


[0001]本专利技术主要涉及目标检测
，具体涉及一种智能无人值守传感器系统及目标识别方法。

技术介绍

[0002]随着信息化技术的发展，重要关键区域安防预警朝着网络化、数字化、智能化及多技术手段相结合的方向不断发展。从上个世纪的“人防结合物防”到“技防”，发展经历了第一代安防预警技术，到第二代以信号驱动为特征预警技术，目前正逐步过渡到以目标驱动为特征的第三代预警技术。
[0003]第二代“信号驱动”型安防预警技术主要以传统的振动光纤、泄露电缆、红外对射、微波对射、雷达、视频等技术为代表，这些技术各有所长，对安防水平的提高有一定的促进作用。但是，这些传统技术手段存在漏警、误警现象频繁发生，无法实现全天候、全天时、立体化的实时监控和防护。近年来，先进、可靠的数字化处理技术已完全用于安防预警系统及中心的报警处理平台中，而且技术渐趋成熟。但系统的最前端设备，如探测器却在技术上一直没有更大的突破，只是通过信号后处理技术或通过几种探测技术的复合或单一技术的累加得以提高系统的稳定性。由此可见，报警系统的源头的技术滞后是造成整个系统误、漏报问题的薄弱环节，所以，将探测器的误漏报现象解决好是降低整个报警系统误漏报率的根本所在。第三代安防预警技术，基于先进的无源被动地震波检测手段，震动传感器获得目标探测数据，处理设备将探测数据处理并融合，实现入侵目标探测、识别。
[0004]目前，国内对于智能震动地面传感器系统的研制和应用不成体系，还处于较低的层次。现有研究成果大部分还处于实验阶段或算法研究阶段，不具备可用性，还有些成果只具备单一目标识别能力或抗干扰能力差等问题，不能适应各类复杂应用场合，实用性及适用性差。
[0005]目前，对军事基地、关键基础设施、边境等区域的警戒防卫主要依赖于人员巡逻、监控摄像头以及震动光缆等侦察监视系统，近年来无人机也开始逐步用于执行区域巡逻与侦察监视任务。然而，在对关键设施、边海防等区域的警戒与防护上，上述方法及系统仍存在一系列问题：
[0006]1)目前常用的电子围栏、红外对射、震动光缆等技术手段易受干扰，虚警率较高，风沙、车辆、动物、滚石/落石均可触发报警，且无法区分目标类型(小动物、人、车辆、落石等)；
[0007]2)常用视频、雷达等设备可视距离有限，易受雨雪天气等影响，在复杂地形地貌下易受遮挡，且不易发现隐蔽/伪装以及地下挖掘的目标；
[0008]3)无人机在监视区域内不断移动，虽然能够通过自主协同不断更新局部监控信息，但难以保持对“兴趣点”的不间断监视，同时无人机续航能力有限，无法提供持续不间断监视能力，增加无人机数量又将面对复杂的多机协同控制问题；
[0009]4)在远离城镇的山区/荒原、边境等区域，这些区域地形地貌复杂、无基础设施保
障，雷达、视频、震动光纤等系统布设安装困难，且自身防护能力差、目标醒目，易被发现、规避及破坏，且由于供电、通信网络等无法覆盖导致设备间难以实现协同感知。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种布设灵活、隐蔽性好、识别率高、识别类型多、抗干扰强、集成性好的智能无人值守传感器系统，并相应提供一种识别精度高的目标识别方法。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0012]一种智能无人值守传感器系统，包括地震检波单元、信号处理单元、数据处理单元、通讯单元和电源转换单元；所述地震检波单元、信号处理单元、数据处理单元和通讯单元依次相连；所述电源转换单元与各单元相连，用于为各单元提供电源；所述地震检波单元用于将目标入侵产生的震动信号转换为电信号，所述信号处理单元用于将电信号转换为数字信号，所述数据处理单元用于对数字信号进行分析处理得到目标识别结果，所述通讯单元用于将目标识别结果输出至外部设备。
[0013]优选地，所述通讯单元包括有线通讯模块或无线通讯模块，所述有线通讯模块包括CAN通讯模块或/和RS485通讯模块；所述无线通讯模块包括Lora通讯模块或Zigbee通讯模块或4G通讯模块或5G通讯模块中的一种或多种。
[0014]优选地，所述地震检波单元包括多个震动传感器，多个震动传感器形成一个传感器自组通信网络系统，实现对部署区域多个震动传感器协同感知及实时监控；其中震动传感器之间采用Zigbee自组网，完成震动传感器之间的互联。
[0015]优选地，所述地震检波单元为动圈磁电式震动传感器。
[0016]本专利技术还公开了一种基于如上所述的智能无人值守传感器系统的目标识别方法，包括步骤：
[0017]S1、所述地震检波单元用于将目标入侵产生的震动信号转换为电信号；
[0018]S2、所述信号处理单元用于将电信号转换为数字信号；
[0019]S3、所述数据处理单元用于对数字信号进行分析处理得到目标识别结果；
[0020]S4、所述通讯单元用于将目标识别结果输出至外部设备。
[0021]优选地，在步骤S3中，对数字信号进行分析处理得到目标识别结果的具体过程为：
[0022]S3.1、对数字信号进行降噪及分帧；
[0023]S3.2、同时提取分帧后数据的多个时域特征；
[0024]S3.3、将步骤S3.2得到的多个时域特征作为训练样本，分别对高斯混合模型和xgboost模型进行训练,得到训练好的高斯混合模型和xgboost模型；
[0025]S3.4、通过训练好的高斯混合模型和xgboost模型分别对信号进行识别，输出相对应的识别结果；
[0026]S3.5、采用决策算法综合高斯混合模型和xgboost模型输出的识别结果，输出最终识别结果。
[0027]优选地，在步骤S3.2中，通过采用提取信号特征的方法来提取四个时域特征，具体为：采用固定时间间隔提取分帧后数据的峰峰值作为第一个时域特征；采用固定时间间隔提取分帧后数据的峭度作为第二个时域特征；计算每帧数据最大的n个点值的和sum
i
作为
第三个时域特征；将sum
i
与前一帧最大的n个点值和sum
i
‑1的比作为第四个时域特征。
[0028]优选地，四个时域特征的提取过程为：以x1个点为一个时间窗口，x2个点为滑动步长，于是得到h维的峰峰值特征F_ppv
i
＝[p1,p2,..,p
h
]；
[0029]对(n1+n2)s的窗口信号，以x3个点为一个时间窗口，x4个点为滑动步长，进行分帧得到w维的峭度特征F_kurtosis
i
＝[k1,k2,...,k
w
]、每帧数据最大的n个点值的和sum
i
及其与前一帧最大的n个点值和sum
i
‑1的比值特征rate
i
＝Sum
i
/Sum
i
‑1。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能无人值守传感器系统，其特征在于，包括地震检波单元、信号处理单元、数据处理单元、通讯单元和电源转换单元；所述地震检波单元、信号处理单元、数据处理单元和通讯单元依次相连；所述电源转换单元与各单元相连，用于为各单元提供电源；所述地震检波单元用于将目标入侵产生的震动信号转换为电信号，所述信号处理单元用于将电信号转换为数字信号，所述数据处理单元用于对数字信号进行分析处理得到目标识别结果，所述通讯单元用于将目标识别结果输出至外部设备。2.根据权利要求1所述的智能无人值守传感器系统，其特征在于，所述通讯单元包括有线通讯模块或无线通讯模块，所述有线通讯模块包括CAN通讯模块或/和RS485通讯模块；所述无线通讯模块包括Lora通讯模块或Zigbee通讯模块或4G通讯模块或5G通讯模块中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的智能无人值守传感器系统，其特征在于，所述地震检波单元包括多个震动传感器，多个震动传感器形成一个传感器自组通信网络系统，实现对部署区域多个震动传感器协同感知及实时监控；其中震动传感器之间采用Zigbee自组网，完成震动传感器之间的互联。4.根据权利要求3所述的智能无人值守传感器系统，其特征在于，所述地震检波单元为动圈磁电式震动传感器。5.一种基于权利要求1～4中任意一项所述的智能无人值守传感器系统的目标识别方法，其特征在于，包括步骤：S1、所述地震检波单元用于将目标入侵产生的震动信号转换为电信号；S2、所述信号处理单元用于将电信号转换为数字信号；S3、所述数据处理单元用于对数字信号进行分析处理得到目标识别结果；S4、所述通讯单元用于将目标识别结果输出至外部设备。6.根据权利要求5所述的目标识别方法，其特征在于，在步骤S3中，对数字信号进行分析处理得到目标识别结果的具体过程为：S3.1、对数字信号进行降噪及分帧；S3.2、同时提取分帧后数据的多个时域特征；S3.3、将步骤S3.2得到的多个时域特征作为训练样本，分别对高斯混合模型和xgboost模型进行训练,得到训练好的高斯混合模型和xgboost模型；S3.4、通过训练好的高斯混合模型和xgboost模型分别对信号进行识别，输出相对应的识别结果；S3.5、采用决策算法综合高斯混合模型和xgboost模型输出的识别结果，输出最终识别结果。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志，徐琰，周春雷，
申请(专利权)人：长沙融创智胜电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：