RU2365945C1 - Method for detection of moving objects by seismic signal - Google Patents
Method for detection of moving objects by seismic signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2365945C1 RU2365945C1 RU2008128036/28A RU2008128036A RU2365945C1 RU 2365945 C1 RU2365945 C1 RU 2365945C1 RU 2008128036/28 A RU2008128036/28 A RU 2008128036/28A RU 2008128036 A RU2008128036 A RU 2008128036A RU 2365945 C1 RU2365945 C1 RU 2365945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- frequency component
- spectrum
- seismic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к области сигнализационных систем и технических средств охраны и может быть применен для охраны участков местности и подступов к объектам, в разведывательно-сигнализационных системах и в устройствах управления подрывом инженерных боеприпасов.The proposed method relates to the field of alarm systems and technical means of protection and can be used to protect sections of the terrain and approaches to objects, in reconnaissance and alarm systems and in devices for controlling the undermining of engineering ammunition.
Известен способ обнаружения нарушения охраняемого рубежа, заключающийся в анализе частотного спектра сейсмических сигналов, формируемых объектом-нарушителем, который реализован в средстве обнаружения ПС-75С [1], согласно которому сейсмический сигнал принимается электродинамическим сейсмическим приемником, усиливается, фильтруется в полосе частот 20÷40 Гц, детектируется, интегрируется и сравнивается пороговым значением.A known method of detecting violations of the guarded line, which consists in analyzing the frequency spectrum of seismic signals generated by the intruder, which is implemented in the detection means PS-75C [1], according to which the seismic signal is received by the electrodynamic seismic receiver, amplified, filtered in the
Недостатком данного способа является низкая информативность получаемых результатов: есть нарушение - нет нарушения и невысокая помехоустойчивость как и у всех систем, работающих по энергетическому принципу.The disadvantage of this method is the low information content of the results: there is a violation - there is no violation and low noise immunity, like all systems operating on the energy principle.
Из известных наиболее близким по технической сущности является «Способ обнаружения перемещающихся объектов на охраняемом рубеже» [2], в котором повышение информативности результатов обнаружения нарушения охраняемого рубежа достигается за счет наблюдения за спектром сейсмического сигнала в наиболее характерных для движущихся человека и техники полосах частот (например, 15÷25 и 35÷50 Гц), называемых здесь низкочастотной и высокочастотной соответственно. В зависимости от динамики изменения средней частоты в спектрах сигналов принимается решение о наличии и характере нарушения охраняемого рубежа: «приближающийся объект», когда средняя частота увеличивается и «удаляющийся объект», когда эта частота уменьшается.Of the known closest in technical essence is the "Method of detecting moving objects at a guarded line" [2], in which the information content of detection of violations of a guarded line is increased by observing the spectrum of a seismic signal in the most characteristic frequency bands for moving people and equipment (for example , 15 ÷ 25 and 35 ÷ 50 Hz), called here the low-frequency and high-frequency, respectively. Depending on the dynamics of the change in the average frequency in the signal spectra, a decision is made on the presence and nature of the violation of the guarded line: “approaching object” when the average frequency increases and “moving object” when this frequency decreases.
Однако этот способ не обеспечивает высокую помехозащищенность и эффективность, так как анализируемые спектры сигналов в заданных полосах частот (15÷25 и 35÷50 Гц) являются коррелированными, то есть информация, получаемая с одного из полосовых фильтров, является избыточной.However, this method does not provide high noise immunity and efficiency, since the analyzed signal spectra in the given frequency bands (15 ÷ 25 and 35 ÷ 50 Hz) are correlated, that is, the information received from one of the bandpass filters is redundant.
Известно, что наиболее информативные частоты для человека и техники лежат в диапазоне 5÷25 Гц (низкочастотный), а информативный спектр таких помех как дождь, гром смещается в область высоких частот 100÷150 Гц (высокочастотный).It is known that the most informative frequencies for humans and technology lie in the
Предлагается расширить полосу пропускания первого полосового фильтра с 15÷25 Гц на 5÷25 Гц и заменить второй полосовой фильтр формирователем числа экстремумов за определенный интервал времени, предназначенного для выделения высокочастотной составляющей сигнала, функция которого схожа с работой фильтра верхних частот с частотой среза 100÷150 Гц.It is proposed to expand the passband of the first band-pass filter from 15 ÷ 25 Hz to 5 ÷ 25 Hz and replace the second band-pass filter with a shaper of the number of extrema for a certain time interval designed to isolate the high-frequency component of the signal, the function of which is similar to the high-pass filter with a cutoff frequency of 100 ÷ 150 Hz.
Работа формирователя числа экстремумов и формирователя высокочастотной составляющей сигнала заключается в следующем. Каждую секунду в сигнале, длительностью, например, 3 с, поступающем с выхода предварительного усилителя исходного сейсмического сигнала, подсчитывается количество положительных и отрицательных экстремумов. Далее эта величина делится на длину скользящего временного окна (в рассмотренном примере длина окна равна 3 с). В результате такой обработки входного сигнала каждую секунду определяется значение высокочастотной составляющей сигнала.The operation of the shaper of the number of extrema and the shaper of the high-frequency component of the signal is as follows. Every second, in a signal, for example, 3 seconds long, coming from the output of the preliminary amplifier of the initial seismic signal, the number of positive and negative extrema is calculated. Further, this value is divided by the length of the sliding time window (in the considered example, the window length is 3 s). As a result of this processing of the input signal, the value of the high-frequency component of the signal is determined every second.
Преимуществом нахождения высокочастотной составляющей сигнала таким способом по сравнению с использованием фильтра верхних частот является то, что он позволяет всегда выделять из сигнала самую высокочастотную составляющую, в то время как в фильтре верхних частот необходимо было бы адаптировать частоту среза к входному сигналу.The advantage of finding the high-frequency component of the signal in this way compared to using a high-pass filter is that it always allows you to extract the highest-frequency component from the signal, while in the high-pass filter it would be necessary to adapt the cutoff frequency to the input signal.
Техническим результатом предлагаемого способа является увеличение эффективности и помехозащищенности сейсмических средств обнаружения и, следовательно, повышение качества работы технических систем охраны и разведывательно-сигнализационных систем.The technical result of the proposed method is to increase the efficiency and noise immunity of seismic detection tools and, therefore, improving the quality of work of technical security systems and reconnaissance and signaling systems.
Сущность предлагаемого способа заключается в регистрации сейсмического сигнала объекта, формировании средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания и высокочастотной составляющей сигнала. Согласно предлагаемому изобретению в качестве низкочастотной полосы выбирается эффективная полоса частот полезного сигнала, а высокочастотная составляющая сигнала формируется путем подсчета числа положительных и отрицательных экстремумов входного сейсмического сигнала, за фиксированный интервал времени, отнесенному к длительности этого интервала. Принятие решения об обнаружении объекта производится по анализу отношения средневзвешенной частоты спектра в эффективной полосе пропускания к высокочастотной составляющей сигнала.The essence of the proposed method is to register the seismic signal of the object, the formation of the weighted average frequency of the spectrum in the low-frequency passband and the high-frequency component of the signal. According to the invention, the effective frequency band of the useful signal is selected as the low-frequency band, and the high-frequency component of the signal is formed by counting the number of positive and negative extrema of the input seismic signal for a fixed time interval related to the duration of this interval. The decision to detect an object is made by analyzing the ratio of the weighted average frequency of the spectrum in the effective bandwidth to the high-frequency component of the signal.
Такое сочетание новых признаков с известными позволяет повысить помехоустойчивость и вероятность правильного обнаружения перемещающихся объектов.This combination of new and well-known features can increase the noise immunity and the probability of proper detection of moving objects.
Предлагаемый способ обнаружения перемещающихся объектов по сейсмическому сигналу иллюстрируется чертежами.The proposed method for detecting moving objects by a seismic signal is illustrated in the drawings.
На фиг.1, а изображен сейсмический сигнал одного человека, движущегося в течение нескольких десятков секунд с траверзой 20 м относительно сейсмического приемника.Figure 1, a shows the seismic signal of one person moving for several tens of seconds with a traverse of 20 m relative to the seismic receiver.
На фиг.1, б и в приведены средневзвешенная частота спектра в эффективной полосе пропускания (5÷25 Гц) и высокочастотная составляющая сигнала соответственно.Figure 1, b and c shows the weighted average frequency of the spectrum in the effective passband (5 ÷ 25 Hz) and the high-frequency component of the signal, respectively.
На фиг.2, а представлен сейсмический сигнал транспортного средства, движущегося в течение нескольких десятков секунд с траверзой 100 м относительно сейсмического приемника.Figure 2, a shows the seismic signal of a vehicle moving for several tens of seconds with a beam 100 m relative to the seismic receiver.
На фиг.2, б и в изображены средневзвешенная частота спектра в эффективной полосе пропускания и высокочастотная составляющая сигнала соответственно, а на фиг.2, г - их отношение и уровень порогового значения.Figure 2, b and c shows the weighted average frequency of the spectrum in the effective passband and the high-frequency component of the signal, respectively, and figure 2, d - their ratio and the level of the threshold value.
На фиг.3, а приведен сейсмический сигнал дождя и его средневзвешенная частота спектра в эффективной полосе пропускания (фиг.3, б) и высокочастотная составляющая сигнала (фиг.3, в).Figure 3, a shows the seismic signal of the rain and its weighted average frequency of the spectrum in the effective passband (figure 3, b) and the high-frequency component of the signal (figure 3, c).
На фиг.4 показана схема реализации устройства по предлагаемому способу.Figure 4 shows a diagram of an implementation of the device according to the proposed method.
Устройство, реализующее способ обнаружения перемещающихся объектов по сейсмическому сигналу, содержит (фиг.4): 1 - сейсмический приемник, 2 - предварительный усилитель, 3 - полосовой фильтр, 4 - формирователь временного окна, 5 - формирователь спектра, 6 - формирователь средневзвешенной частоты спектра, 7 - формирователь числа экстремумов, 8 - формирователь высокочастотной составляющей сигнала, 9 - делитель, 10 - решающее устройство.A device that implements a method for detecting moving objects by a seismic signal contains (Fig. 4): 1 - a seismic receiver, 2 - a preliminary amplifier, 3 - a band-pass filter, 4 - a time window shaper, 5 - a spectrum shaper, 6 - a weighted average frequency of the spectrum , 7 - shaper of the number of extrema, 8 - shaper of the high-frequency component of the signal, 9 - divider, 10 - solving device.
При этом сейсмический приемник 1 соединен с предварительным усилителем 2, выход которого подключен ко входу полосового фильтра 3 и к первому входу формирователя числа экстремумов 7, выход полосового фильтра 3 соединен с первым входом формирователя спектра 5, второй вход которого подключен к выходу формирователя временного окна 4, выход которого также подключен ко второму входу формирователя числа экстремумов 7 и второму входу формирователя высокочастотной составляющей сигнала 8, первый вход которого подключен к выходу формирователя числа экстремумов 7, выход формирователя спектра 5 соединен со входом формирователя средневзвешенной частоты спектра 6, выход которого подключен к первому входу делителя 9, второй вход которого соединен с выходом формирователя высокочастотной составляющей сигнала 8, а выход - со входом решающего устройства 10.In this case, the
Способ осуществляется следующим образом. Для нахождения средневзвешенной частоты спектра в эффективной полосе частот, сейсмический сигнал после предварительного усиления пропускается через фильтр 3 с полосой пропускания 5÷25 Гц. Далее, за время скользящего прямоугольного окна в формирователе спектра 5 выполняется преобразование Фурье и находится значение модуля каждой гармоники. Параметры временного скользящего окна задаются в формирователе временного окна 4. Длина окна равна 3 с, а его смещение - 1 с. В формирователе средневзвешенной частоты спектра 6 находится средневзвешенная частота спектра в эффективной полосе частот. Для определения высокочастотной составляющей первоначально в формирователе числа экстремумов 7 подсчитывается количество экстремумов в положительной и отрицательной области во входном сейсмическом сигнале после его предварительного усиления за скользящее временное окно. Далее в формирователе высокочастотной составляющей сигнала 8 количество экстремумов делится на длину окна. В делителе 9 находится отношение средневзвешенной частоты спектра в эффективной полосе частот и высокочастотной составляющей сигнала, которое далее в решающем устройстве 10 сравнивается с пороговым уровнем. При превышении порога принимается решение об обнаружении объекта, а по характеру изменения отношения определяется приближение (при увеличении отношения) или удаление (при уменьшении отношения) объекта. Значение порога определяется заранее по сейсмическому сигналу сейсмического фона, зарегистрированного в неблагоприятных условиях (дождь, сильный ветер, гроза и т.д.) для повышения помехоустойчивости устройства.The method is as follows. To find the weighted average frequency of the spectrum in the effective frequency band, the seismic signal after preliminary amplification is passed through filter 3 with a passband of 5 ÷ 25 Hz. Further, during a sliding rectangular window, the Fourier transform is performed in the
Для сейсмических сигналов одного человека и транспортного средства, представленных на фигурах 1, а и 2, а, получены средневзвешенная частота спектра в эффективной полосе частот (фиг.1, б, 2, б), высокочастотная составляющая сигнала (фиг.1, в, 2, в). Как видно из них, наблюдается характерная динамика для приближающихся (увеличение средневзвешенной частоты и уменьшение высокочастотной составляющей) и удаляющихся объектов (уменьшение средневзвешенной частоты и увеличение высокочастотной составляющей). Для сейсмического сигнала дождя (фиг.3, а) не наблюдается характерной динамики изменения этих частот (фиг.3, б и в).For the seismic signals of one person and the vehicle shown in figures 1, a and 2, a, the weighted average frequency of the spectrum in the effective frequency band (Fig. 1, b, 2, b), the high-frequency component of the signal (Fig. 1, c, 2, c). As can be seen from them, characteristic dynamics are observed for approaching (increasing the average weighted frequency and decreasing the high-frequency component) and receding objects (decreasing the average weighted frequency and increasing the high-frequency component). For the seismic signal of rain (figure 3, a) there is no characteristic dynamics of changes in these frequencies (figure 3, b and c).
Для сейсмического сигнала движущегося наземного транспортного средства (фиг.2, а) при отношении средневзвешенной частоты спектра в эффективной полосе частот (фиг.2, б) к его высокочастотной составляющей (фиг.2, в) получается характеристика, представленная на фиг.2, г, также на этом графике приведен уровень порога (Uпор), полученного в результате предварительных исследований сигналов сейсмического фона. Как видно из фиг.2, г, на этой характеристике наблюдается сильный всплеск, превышающий уровень порога, по которому принимается решение об обнаружении объекта. На участке подъема этого всплеска принимается решение о приближении объекта, а на участке спада - об удалении объекта.For the seismic signal of a moving land vehicle (Fig.2, a) with the ratio of the weighted average frequency of the spectrum in the effective frequency band (Fig.2, b) to its high-frequency component (Fig.2, c), the characteristic shown in Fig.2 is obtained g, also on this graph shows the threshold level (U then ) obtained as a result of preliminary studies of seismic background signals. As can be seen from figure 2, g, on this characteristic there is a strong surge, exceeding the threshold level by which a decision is made to detect the object. On the rise site of this surge, a decision is made on the approach of the object, and on the decline site, on the removal of the object.
Предлагаемый способ обнаружения перемещающихся объектов является эффективным и помехозащищенным.The proposed method for detecting moving objects is efficient and noise-immunity.
Источники информацииInformation sources
1. ПС - 75С. Прибор сигнализационный сейсмический. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1а1.111.006 ТО.1. PS - 75C. Seismic alarm device. Technical description and instruction manual. 1a1.111.006 TO.
2. Патент RU 2165629 РФ, G01V 1/00. Крюков И.Н., Иванов В.А., Дюгованец А.П., Шуалов А.Г. Способ обнаружения перемещающихся объектов на охраняемом рубеже.2. Patent RU 2165629 RF,
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008128036/28A RU2365945C1 (en) | 2008-07-09 | 2008-07-09 | Method for detection of moving objects by seismic signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008128036/28A RU2365945C1 (en) | 2008-07-09 | 2008-07-09 | Method for detection of moving objects by seismic signal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2365945C1 true RU2365945C1 (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=41149986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008128036/28A RU2365945C1 (en) | 2008-07-09 | 2008-07-09 | Method for detection of moving objects by seismic signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2365945C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568142C1 (en) * | 2014-07-02 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО ПГУ) | Method of detecting moving ground objects from seismic signal |
| RU2570230C1 (en) * | 2014-09-24 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО ПГУ) | Device for detecting moving ground objects from seismic signal with standard false triggering probability |
| RU2623842C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-06-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of objects detection, moving along the protected area, and device for its implementation |
| RU2661753C1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-07-19 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (АО "ФНПЦ ПО "Старт" им. М.В. Проценко") | Method of detecting intruder (options) |
| RU2773269C1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for detection of mobile objects of ground equipment |
-
2008
- 2008-07-09 RU RU2008128036/28A patent/RU2365945C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568142C1 (en) * | 2014-07-02 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО ПГУ) | Method of detecting moving ground objects from seismic signal |
| RU2570230C1 (en) * | 2014-09-24 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО ПГУ) | Device for detecting moving ground objects from seismic signal with standard false triggering probability |
| RU2623842C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-06-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of objects detection, moving along the protected area, and device for its implementation |
| RU2661753C1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-07-19 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (АО "ФНПЦ ПО "Старт" им. М.В. Проценко") | Method of detecting intruder (options) |
| RU2773269C1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for detection of mobile objects of ground equipment |
| RU2774733C1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-06-22 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for classifying mobile objects of ground equipment using the peculiarities of their adhesion to the soil |
| RU2773271C1 (en) * | 2021-09-14 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for detecting mobile objects of ground equipment |
| RU2816287C1 (en) * | 2023-05-12 | 2024-03-28 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of detecting mobile objects of ground equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Houston et al. | Spectrum analysis techniques for personnel detection using seismic sensors | |
| CN102045120B (en) | Vibration signal identification method for optical fiber perimeter system | |
| RU2365945C1 (en) | Method for detection of moving objects by seismic signal | |
| US20090115635A1 (en) | Detection and classification of running vehicles based on acoustic signatures | |
| CN106845429B (en) | Vibration signal classification judgment and identification method, rockfall energy scale calculation method and rockfall risk early warning method | |
| Ghosh et al. | Time–frequency analysis based robust vehicle detection using seismic sensor | |
| CN107290758B (en) | GNSS interference signal multi-stage identification and detection system and method | |
| GB1573618A (en) | Intruder alarm systems | |
| CN103376462B (en) | The method of the strong energy noise of a kind of automatic detection | |
| Anghelescu et al. | Human footstep detection using seismic sensors | |
| Mahmoud et al. | Performance investigation of real-time fiber optic perimeter intrusion detection systems using event classification | |
| CN104502824A (en) | Local discharge signal periodic impulse interference inhibiting method based on chaotic system | |
| CN108280950B (en) | Defense area type optical fiber perimeter protection algorithm based on high-frequency energy distribution | |
| Mohine et al. | Single acoustic sensor-based time–frequency spectrum sensing approach for land vehicle detection | |
| Quach et al. | Automatic target detection using a ground-based passive acoustic sensor | |
| RU2568142C1 (en) | Method of detecting moving ground objects from seismic signal | |
| Flanagan et al. | Robust distributed detection using low power acoustic sensors | |
| RU2175772C1 (en) | Seismic facility for detection of objects | |
| Qin et al. | Applications and comparison of continuous wavelet transforms on analysis of A-wave impulse noise | |
| RU2570230C1 (en) | Device for detecting moving ground objects from seismic signal with standard false triggering probability | |
| RU2236026C1 (en) | Seismic signal detector | |
| RU2697021C1 (en) | Method for providing required probability of false triggering of seismic signal classification device | |
| US20040024596A1 (en) | Noise reduction system | |
| Kulkarni et al. | Analysis of Seismic Signal and Detection of Abnormalities | |
| RU2165629C1 (en) | Method of detection of moving objects on line protected |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100710 |