防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)及入侵擾動快速判定方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)及其入侵擾動快速高效判定方法。該防區(qū)型光纖周界安防系統(tǒng)包括多個防區(qū)，每一個防區(qū)有獨立的傳感光路部分、中控識別模塊和通訊、報警模塊，以及各防區(qū)共同連接的計算機。判定方法是通過光纖干涉光路產(chǎn)生干涉信號，利用信號的頻率能量分布快速高效地判斷外界是否有入侵信號。在系統(tǒng)監(jiān)測過程中，可以獲得整條光纜上的信號數(shù)據(jù)，并且實時對數(shù)據(jù)進行分析處理，通過全相位濾波器組實現(xiàn)去噪和感興趣頻帶內(nèi)信號能量的計算，達到擾動幀的判別的目的。本發(fā)明能有效的克服現(xiàn)有周界安防系統(tǒng)的缺點，實現(xiàn)長距離大范圍監(jiān)控，功耗小，抗干擾性強，無漏報和誤報。
【專利說明】防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)及入侵擾動快速判定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感以及信號處理領(lǐng)域，特別涉及一種快速高效地判斷防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)有無擾動的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，人們的安全防范意識越來越強，一些重要區(qū)域比如軍事重地、國家重要機關(guān)、銀行、工業(yè)園區(qū)、學(xué)校等對安全性的要求更高。目前國內(nèi)外，周界安防產(chǎn)品有很多不同的種類，比如視頻監(jiān)控周界安防系統(tǒng)、主動式紅外周界安防系統(tǒng)、泄漏電纜式周界安防系統(tǒng)和電子脈沖式周界安防系統(tǒng)。視頻監(jiān)控周界安防系統(tǒng)是將攝像探頭安裝在周界處的關(guān)鍵位置，警衛(wèi)人員通過監(jiān)視器來觀察周界情況，實現(xiàn)安全監(jiān)控。這類系統(tǒng)若采用定點監(jiān)控，攝像探頭很難覆蓋整個安防周界，所以監(jiān)控的范圍?。蝗舨捎眠B續(xù)掃描，會浪費大量的資源，而且也容易形成監(jiān)控盲區(qū)。主動式紅外周界安防系統(tǒng)是發(fā)射端發(fā)射紅外光線，接收端接收紅外光線，如果光線被遮擋住了，接收端會探測到信號的變化，然后將報警信號傳送給報警主機。人眼是無法看到紅外光線的，所以主動式紅外周界安防系統(tǒng)是筑起了一道隱形的“圍墻”。這類系統(tǒng)容易受到外部環(huán)境的干擾，比如雨雪天氣會使其能見度下降造成誤報。泄漏電纜式周界安防系統(tǒng)是發(fā)射電纜和接收電纜之間通過電磁場的輻射與接收來實現(xiàn)安全監(jiān)測的功能。如果發(fā)生了入侵事件，磁場會發(fā)生變化，從而引發(fā)報警。這類系統(tǒng)非常容易被外加電磁場影響，引發(fā)誤報，而且功耗比較大，成本較高。電子脈沖式周界安防系統(tǒng)是由主機和前端電子圍欄構(gòu)成。通過探測高壓電子脈沖來檢測是否有入侵行為發(fā)生。而且，入侵者觸碰通有高壓脈沖的電子圍欄時會受到短暫的電擊，進一步起到防范作用。這類系統(tǒng)需要借助于實體圍欄，對于開放式的周界安防不適用，而且對人體可能造成傷害。因此，研制一種性價比較高、功耗小、性能穩(wěn)定、效率高的周界安防產(chǎn)品是非常必要的。
[0003]防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)充分利用光纖傳感技術(shù)靈敏度高、損耗低、抗電磁干擾的優(yōu)點，基于光纖干涉機理，實現(xiàn)了分布式長距離大范圍的實時監(jiān)控，靈敏度高，抗電磁干擾，可用于易燃易爆場所，不怕雷擊電閃，方便野外鋪設(shè)，安裝維護方便，滿足人們對安全保衛(wèi)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有周界安防系統(tǒng)監(jiān)控范圍小、功耗大、易受外界電磁干擾、誤報率高等問題，提供一種用于防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)以及入侵擾動快速判定方法。該方法利用信號的頻域能量分布來快速高效地判斷外界是否存在有入侵擾動信號，從而實現(xiàn)光纖擾動周界安防系統(tǒng)對外界的實時監(jiān)控，有效降低系統(tǒng)的漏報率和誤報率。
[0005]本發(fā)明首先提供了一種基于判斷有無擾動算法的防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個防區(qū)，每一個防區(qū)有獨立的傳感光路部分、中控識別模塊和通訊、報警模塊，以及各防區(qū)共同連接的計算機，其中: 傳感光路部分:基于光纖干涉原理，采用Michelson或M-Z光纖干涉原理產(chǎn)生干涉信號，實時監(jiān)測外界信號；光路的具體結(jié)構(gòu)是:激光器發(fā)出的光信號經(jīng)隔離器輸入2 X 2耦合器的一個輸入端口，2 X 2稱合器的兩個輸出端口分別連接第一傳感光纖Fl和第二傳感光纖F2，第一傳感光纖Fl和第二傳感光纖F2的末端分別連接第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，兩路反射光在2 X2耦合器輸入端的另一端口干涉出射并輸入光電探測器；光電探測器:用于接收由2X2耦合器輸入端口出射的干涉光信號并轉(zhuǎn)換成電壓信
號;
中控識別模塊:與光電探測器連接，采用可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)信號處理功能，采集光電探測器的電壓信號，由FPGA采用入侵擾動快速判定方法進行數(shù)據(jù)處理，進而判斷外界是否存在有入侵擾動信號；
通訊、報警模塊:該模塊分別連接中控識別模塊和公共計算機，一是通過與中控識別模塊進行通信，調(diào)整中控識別模塊中進行數(shù)據(jù)處理的相關(guān)參數(shù)，同時接收中控識別模塊判斷出來的外界是否存在有入侵擾動信號的報警信息，二是與計算機進行通信，將中控識別模塊判斷出來的報警信息上傳至計算機，控制軟件界面記錄報警信息，發(fā)出報警蜂鳴聲，此模塊可采用單片機實現(xiàn)。
[0006]計算機:與各防區(qū)內(nèi)的通訊、報警模塊連接，用于接收各防區(qū)內(nèi)通訊、報警模塊上傳的存在有入侵擾動信號的報警信息；同時計算機能夠構(gòu)建防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)的用戶使用界面，用戶根據(jù)不同的需要自行繪制防區(qū)地圖，當外界有入侵信號時，能夠定位到是哪個防區(qū)產(chǎn)生報警，記錄報警信息，點亮該防區(qū)的報警指示燈并發(fā)出報警蜂鳴聲。
[0007]該防區(qū)型周界安防系統(tǒng)如圖2所示。
[0008]本發(fā)明同時提供了一種應(yīng)用以上所述防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)的入侵擾動快速判定方法，該方法在中控識別模塊中實現(xiàn)，具體步驟包括:
第1、光源發(fā)出的光經(jīng)過各防區(qū)內(nèi)的2 X 2耦合器后分成兩路相同的光，分別進入第一傳感光纖Fl和第二傳感光纖F2,兩路反射光再經(jīng)2X2稱合器輸入端的另一端口出射并輸入光電探測器，當外界有擾動時，兩束光會發(fā)生不同的相移，再次相遇時干涉產(chǎn)生變化；
第2、光電探測器將接收到的干涉信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡笏腿胫锌刈R別模塊，在中控識別模塊中采用入侵擾動快速判定方法進行數(shù)據(jù)處理，即通過計算信號的頻率能量分布進而快速高效地判斷是否有入侵擾動；
第3、各防區(qū)內(nèi)的通訊、報警模塊一方面與中控識別模塊進行通信，調(diào)整中控識別模塊中進行數(shù)據(jù)處理的參數(shù)，同時接收中控識別模塊判斷出來的外界是否存在有入侵擾動信號的報警信息；另一方面與公共計算機進行通信，將各防區(qū)內(nèi)的中控識別模塊判斷出來的報警信息上傳至計算機，由計算機定位是哪個防區(qū)產(chǎn)生報警，一旦判斷為有入侵信號，立刻通過計算機相應(yīng)的軟件界面發(fā)出報警信息，點亮有入侵信號的防區(qū)的報警指示燈并發(fā)出報警蜂鳴聲。
[0009]第2步所述的入侵擾動快速判定方法，該方法是通過全相位濾波器計算目標頻帶內(nèi)的信號能量分布，來實現(xiàn)快速高效地判斷有無擾動信號，具體判定過程如下:
第2.1、根據(jù)擾動信號頻率范圍以及環(huán)境噪聲在中控識別模塊中構(gòu)造全相位濾波器，設(shè)置頻率向量矩陣M的階數(shù)N和通道數(shù)P，選擇漢寧窗生成卷積窗，構(gòu)造全相位濾波器。頻率向量
【權(quán)利要求】
1.一種基于判斷有無擾動算法的防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括多個防區(qū)，每一個防區(qū)有獨立的傳感光路部分、中控識別模塊和通訊、報警模塊，以及各防區(qū)共同連接的計算機，其中: 傳感光路部分:基于光纖干涉原理，采用Michelson或M-Z光纖干涉原理產(chǎn)生干涉信號，實時監(jiān)測外界信號；光路的具體結(jié)構(gòu)是:激光器發(fā)出的光信號經(jīng)隔離器輸入2 X 2耦合器的一個輸入端口，2 X 2稱合器的兩個輸出端口分別連接第一傳感光纖Fl和第二傳感光纖F2，第一傳感光纖Fl和第二傳感光纖F2的末端分別連接第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，兩路反射光在2 X2耦合器輸入端的另一端口干涉出射并輸入光電探測器； 光電探測器:用于接收由2X2耦合器輸入端口出射的干涉光信號并轉(zhuǎn)換成電壓信號; 中控識別模塊:與光電探測器連接，采用FPGA實現(xiàn)信號處理功能，采集光電探測器的電壓信號，進行數(shù)據(jù)處理，進而判斷外界有無入侵擾動信號； 通訊、報警模塊:該模塊分別連接中控識別模塊和公共計算機，一是通過與中控識別模塊進行通信，調(diào)整中控識別模塊中進行數(shù)據(jù)處理的相關(guān)參數(shù)，同時接收中控識別模塊判斷出來的外界是否存在有入侵擾動信號的報警信息，二是與計算機進行通信，將中控識別模塊判斷出來的報警信息上傳至計算機，控制軟件界面記錄報警信息，發(fā)出報警蜂鳴聲； 計算機:與各防區(qū)內(nèi)的通訊、報警模塊連接，用于接收各防區(qū)內(nèi)通訊、報警模塊上傳的存在有入侵擾動信號的報警信息；同時構(gòu)建防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)的用戶使用界面，用戶根據(jù)不同的 需要自行繪制防區(qū)地圖，當外界有入侵擾動信號時，能夠定位到是哪個防區(qū)產(chǎn)生報警，記錄報警信息，點亮該防區(qū)的報警指示燈并發(fā)出報警蜂鳴聲。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的防區(qū)型光纖擾動周界安防系統(tǒng)的入侵擾動快速判定方法，其特征在于該方法包括: 第1、光源發(fā)出的光經(jīng)過各防區(qū)內(nèi)的2X2耦合器后分成兩路相同的光，分別進入第一傳感光纖Fl和第二傳感光纖F2,兩路反射光再經(jīng)2X2稱合器輸入端的另一端口出射并輸入光電探測器，當外界有擾動時，兩束光會發(fā)生不同的相移，再次相遇時干涉產(chǎn)生變化； 第2、光電探測器將接收到的干涉信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡笏腿胫锌刈R別模塊，在中控識別模塊中采用入侵擾動快速判定方法進行數(shù)據(jù)處理，即通過計算信號的頻率能量分布進而快速高效地判斷是否有入侵擾動； 第3、各防區(qū)內(nèi)的通訊、報警模塊一方面與中控識別模塊進行通信，調(diào)整中控識別模塊中進行數(shù)據(jù)處理的參數(shù)，同時接收中控識別模塊判斷出來的外界是否存在有入侵擾動信號的報警信息；另一方面與公共計算機進行通信，將各防區(qū)內(nèi)的中控識別模塊判斷出來的報警信息上傳至計算機，由計算機定位是哪個防區(qū)產(chǎn)生報警，一旦判斷為有入侵信號，立刻通過計算機相應(yīng)的軟件界面發(fā)出報警信息，點亮有入侵信號的防區(qū)的報警指示燈并發(fā)出報警蜂鳴聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于第2步所述的入侵擾動快速判定方法，該方法是通過全相位濾波器計算目標頻帶內(nèi)的信號能量分布，來實現(xiàn)快速高效地判斷有無擾動信號，具體判定過程如下: 第2.1、根據(jù)擾動信號頻率范圍以及環(huán)境噪聲在中控識別模塊中構(gòu)造全相位濾波器，設(shè)置頻率向量矩陣M的階數(shù)N和通道數(shù)P，選擇漢寧窗生成卷積窗，構(gòu)造全相位濾波器；頻率向量H =[H(0)H(1)—H(N-1))]T滿足對稱性//讀)=//逆-幻必=1"漢-1，形成的頻率向 量矩陣可表示為
【文檔編號】G08B13/186GK104008621SQ201410241579
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】劉鐵根, 孟卓 申請人:天津求實飛博科技有限公司