[发明专利]基于双门限法的振动光纤入侵事件检测方法

权利要求书

1.一种基于双门限法的振动光纤入侵事件检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集没有入侵事件发生的背景噪声数据以及发生入侵事件的振动信号波形数据，形成样本集[X,Y]；

步骤2：对样本集[X,Y]进行归一化处理，形成归一化样本集在所述归一化样本集中随机抽取部分样本作为训练样本用以训练参数，剩余样本作为测试样本用以测试性能；

步骤3：对训练样本进行加窗分帧处理得到第i帧的检测信号X_i(n)；

步骤4：利用双门限算法检测振动光纤入侵信号的起止端点，判断是否为真正入侵信号；

步骤5：将测试样本中的输入到已确定阈值的检测端点模型中，并得到结果，将所述结果与测试样本中的实际输出进行比较，如果比较结果小于预设误差值，所构建的检测端点模型有效；否则重复上述步骤1至步骤5，直至所述比较结果小于所述预设误差值为止。

2.根据权利要求1所述的基于双门限法的振动光纤入侵事件检测方法，其特征在于，步骤3中对训练样本进行加窗分帧处理得到第i帧的检测信号X_i(n)，其中所选汉明窗函数如下：

上式中，M为窗口大小，n为离散检测信号时间序列；

分帧处理如下：

上式中，wlen为每一帧的长度，Overlap为相邻两帧之间的重叠部分，且Overlap＝wlen-inc，为inc帧移，是后一帧相对于前一帧的位移量，每一帧记为n＝1,2,...,N，n为离散检测信号时间序列，N为检测信号总长度，i表示帧数。

3.根据权利要求1所述的基于双门限法的振动光纤入侵事件检测方法，其特征在于，步骤4包括：

步骤4.1：计算样本每一帧检测信号的短时能量，得到检测信号的短时帧能量，对于信号X_i(n)，短时能量的定义如下：

上式中，h(n)＝ω²(n)，E_n表示在信号的第n个点开始加窗函数时的短时能量，h(n)为冲击响应；

步骤4.2：计算样本每一帧检测信号的短时平均过零率，得到检测信号的短时平均过零率，短时平均过零率Z_n的计算公式为：

其中，sgn是符号函数，

步骤4.3：寻找最优阀值，设置入侵事情的起始门限th_in、终止门限th_out、最大静默端长度maxsilence以及最小信号长度minsignal，其中起始门限th_in和终止门限th_out的设定是通过计算训练样本集中所有背景信号的短时能量E_n和短时平均过零率Z_n，同时，对训练样本集中的入侵信号的两个特征进行相应计算，首先得到这两个特征值的近似范围，其次在这两个特征值的近似范围内给定一组起始门限th_in和终止门限th_out，搜索出最大静默端长度maxsilence和最小信号长度minsignal，在确定最大静默端长度maxsilence和最小信号长度minsignal后，使用网格搜索法，将具有最佳检测性能的起止端点参数th_in和th_out用作最优参数设置；

步骤4.4：依次遍历每个空间节点的信号帧，检测该节点有无入侵，直至最后一个空间节点的信号帧处理结束，若有连续两个空间节点显示有入侵信号，则判定该位置有入侵行为发生；

步骤4.5：利用短时能量区分入侵信号和静默信号，计算该空间节点信号帧的短时能量，若短时能量大于该点的短时能量阈值，则进入步骤4.6；若未大于该点的短时能量阈值，则判定为不存在入侵信号，回到步骤4.4；

步骤4.6：计算该空间节点信号帧的短时过零率，若短时过零率大于该点的短时过零率阈值，则判定为入侵信号；否则判定不存在入侵信号，回到步骤4.4。

4.根据权利要求3所述的基于双门限法的振动光纤入侵事件检测方法，其特征在于，步骤4.3中判断入侵事件起点的条件为信号f大于th_in，判断入侵事件终点的条件为信号f小于th_out并且该事件静默端长度silence_len大于最大静默端长度maxsilence；通过起止端点判断检测到的入侵信号长度是否已达到最小信号长度minsignal，如果达到最小信号长度，则判断为入侵信号，否则被视为干扰并且丢弃。