[发明专利]一种基于高频能量分布的防区型光纤周界防护算法

说明书

本发明提供了一种基于高频能量分布的防区型光纤周界防护算法，所述算法包括：从光纤振动传感器采集原始信号；对原始信号进行多层小波包分解，计算各个尺度小波包细节信息的能量，并选取其中的某一高频细节信息；将选取的小波高频细节分量与窗函数进行卷积、平滑处理，得到高频能量分布数据；根据高频能量分布数据计算信号响应强度和响应时间；最后将信号响应强度和响应时间同各尺度小波细节信息能量构成特征向量输入到神经网络中，由神经网络输出相应的报警模式，本发明的防区型光纤周界防护算法可以准确的识别人为入侵事件，并且能够有效降低强风雨天气下的误报，具有环境适应能力强、维护简单方便等特点。

技术领域

本发明涉及光纤周界安防领域，尤其涉及一种基于高频能量分布的防区型光纤周界防护算法。

背景技术

光纤传感技术在安防的许多领域已经得到广泛的应用，其中，防区型光纤周界防护系统是光纤传感技术在安防领域的一个成功典范，该系统可以实现在机场、高铁、学校、工业园区等场所对人为入侵行为的有效监控，并且防区型光纤周界防护系统相比传统的安防监控系统具有监控距离长、报警灵敏度高、维护简单的优点。

防区型光纤周界防护系统中信号的处理算法是实现高效准确识别的关键，目前的报警识别算法主要通过信号的时域特征(信号过零率、信号均值、信息熵等)和频域特征(小波分解系数、傅里叶变换或滤波器组提取不同频率的信号功率或能量等)使用阈值判断或模式识别的方式将不同的人为入侵行为识别出来，这些算法提取的特征大都表征当前帧信号的整体特性，缺少信号的局部细节特征，通过这些特征进行的入侵识别容易受到风雨、火车和重车经过等周围环境的影响，系统的环境适应性差，并且容易受到风雨天气的干扰，导致误报率很高。

发明内容

本发明针对上述存在的技术问题，提供了一种通过定位振动信号受到扰动的起始位置，提取振动信号高频能量分布的响应时间和响应强度来快速、准确的识别人为入侵事件，并且对强风雨的干扰，能够有效的降低误报，具有识别准确率高、环境适应能力强、维护简单方便的特点的基于高频能量分布的防区型光纤周界防护算法。

本发明通过以下措施达到：

一种基于高频能量分布的防区型光纤周界防护算法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：读取光纤振动传感器采集的数据；

步骤2：对采集到的振动数据进行小波包多尺度分解，计算各尺度小波细节信息的高频能量，并且选取某一尺度的细节信息用于以下步骤的计算；

步骤3：使用窗函数与选取的小波尺度信息相卷积的方式获取原始振动数据的高频能量分布；

步骤4：计算高频能量分布曲线的响应强度和响应时间，并同步骤2计算的高频能量构成特征向量；

步骤5：将特征向量输入到基于神经网络的分类器中，由分类器输出系统报警的模式。

本发明步骤2中，所述高频能量为原始信号经过小波包分解后各个尺度的细节信息的归一化能量，计算公式为：

其中，E为高频能量，H为选取的小波细节信息，M为小波细节信号的长度。

本发明步骤3中，所述高频能量分布表示的是步骤2选取的高频信号(小波细节信息)的分段能量在时域上的变化趋势，具体的实现步骤为：

步骤1；选取一定长度的矩形窗，矩形窗的长度为高频信号能量累积的时长；

步骤2：将矩形窗与高频信号进行卷积，以实现高频信号分段能量的连续分布计算，计算公式为：

其中，ED为高频能量分布，W为矩形窗，H为高频信号，M为高频信号的长度。