CN101639963B - 光纤振动处理器系统的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种光纤振动处理器系统的实现方法，应用于周界安防领域的定位型分布式振动传器系统的电子学信号处理系统，能够有效的对入侵事件产生报警。本发明采用大规模高性能FPGA+DSP结构，这种方案的优点在于：FPGA不仅并行处理能力强，而且处理速度快(硬件处理)，所以把运算量大或速度要求苛刻的算法放在FPGA里面实现；而DSP的优势在于处理比较复杂的算法(例如SVM算法)，因此利用FPGA和DSP结合，可以大幅度提高系统的处理性能，同时满足系统实时性要求，并且降低漏报率。
Description
技术领域
本发明涉及周界安防领域，且特别涉及一种应用于周界安防领域的光纤振动处理器系统的实现方法。
背景技术
目前，应用于周界报警的安防系统主要包括：微波报警系统、主动红外报警系统、泄露电缆周界报警系统、静电感应周界报警系统以及摄像机视频识别系统等。但上述传统的周界报警系统应用在长距离条件下的监控时，就会存在很多的问题。例如微波报警系统或主动红外报警系统等监控方式只能适用于视距及平坦区域，受地形的高低、曲折、转弯、折弯等环境因素影响很大，而且它们不适合恶劣气候，易受自然气候影响，准确率也较低。同时由于传感器单元一般是有源的，所以在长距离监测的情况下，难以解决野外供电的问题，传感器单元的寿命也较短，在长时间连续使用的情况下，设备的维护成本也较高。
因此，全光纤可定位的周界报警系统作为全新的安防设备，具有明显的优势。报警系统分为室外监控光缆和综合处理设备两部分。综合处理设备位于监控室机房内，按功能来划分，可以由光源、光路输出模块、光电转换电路、模数转换模块、数字信号处理模块及报警模块组成。其工作过程为：光源在光源驱动电路的控制下，发出的光经光路输出模块处理后进入室外监控光缆；室外监控光缆返回的光到达光电转换电路之后，经模数转换和数字信号处理模块进行处理；之后进行分析并识别出扰动信号，然后再根据对扰动信号的分析结果进行相应的报警操作。
现有技术中，采用市面上成熟的采集卡，把经模数转换和数字信号处理模块处理过的数据采集到PC机上，利用PC机进行处理，这类采集卡功能单一，仅仅完成数据采集功能，没有处理功能，同时PC机处理是采用软件处理方法，而软件处理方法速度慢，针对此系统数据量大，处理算法比较复杂的特点，无法实时实现，存在数据丢失的缺点，从而造成系统存在漏报的事实。
发明内容
本发明提出一种光纤振动处理器系统的实现方法，应用于周界安防领域的定位型分布式振动传器系统(Position Distributed Vibration Sensor，PDVS)的电子学信号处理系统，能够有效的对入侵事件产生报警，满足系统实时性要求，提高系统的处理性能，并且降低漏报率。
为了达到上述目的，本发明提出一种光纤振动处理器系统的实现方法，所述光纤振动处理器系统包括模拟数字转换板、信号处理器、协处理器、第一存储器和第二存储器，该方法包括下列步骤：
步骤S10：所述模拟数字转换板对采集得到的模拟信号进行模数转换；
步骤S20：所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据，并对其进行实时横向平均处理，将处理完毕后的数据写入第一存储器；
之后进行步骤S30：所述信号处理器纵向读取第一存储器中的数据，并对每一列数据傅里叶变换处理，将处理完毕的数据传输给协处理器；
进行步骤S30的同时进行步骤S40：所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据，并对其进行实时横向平均处理，将处理完毕后的数据写入第二存储器；
之后进行步骤S50：所述信号处理器纵向读取第二存储器中的数据，并对每一列数据傅里叶变换处理，将处理完毕的数据传输给协处理器；
步骤S30和步骤S50处理完毕后进行步骤S60：所述协处理器对经过傅里叶变换处理的数据进行判决，并将判决结果发回信号处理器；
步骤S70：所述信号处理器将判决结果通过接口传输到上位机。
进一步的，所述信号处理器为FPGA信号处理器。
进一步的，所述协处理器为DSP数字信号处理器。
进一步的，所述傅里叶变换处理为快速傅里叶变换。
进一步的，所述协处理器采用支持向量机算法判决和区分振动事件。
进一步的，所述接口为PCI接口。
本发明提出的光纤振动处理器系统的实现方法，这种方法利用当今器件的性能优势结合一种最优的设计方案来实现。处理速度的提高靠PC软件来实现是有限的，最有效的方法是采用硬件来实现关键算法的处理，但是硬件处理的缺点是硬件资源比较紧缺，尤其是存储空间有限；为了解决这个关键问题，本发明采用大规模高性能FPGA+DSP结构，这种方案的优点在于：FPGA不仅并行处理能力强，而且处理速度快(硬件处理)，所以把运算量大或速度要求苛刻的算法放在FPGA里面实现；而DSP的优势在于处理比较复杂的算法(例如SVM算法)，因此利用FPGA和DSP结合，可以大幅度提高系统的处理性能，同时满足系统实时性要求，并且降低漏报率。
附图说明
图1所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器系统示意图。
图2所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器系统的实现方法流程图。
图3所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器系统的实现方法原理图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
本发明提出一种光纤振动处理器系统的实现方法，应用于周界安防领域的定位型分布式振动传器系统(Position Distributed Vibration Sensor，PDVS)的电子学信号处理系统，能够有效的对入侵事件产生报警，满足系统实时性要求，提高系统的处理性能，并且降低漏报率。
请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器系统示意图。本发明提出一种光纤振动处理器系统的实现方法，所述光纤振动处理器系统包括模拟数字转换板100、信号处理器200、协处理器300、第一存储器410和第二存储器420。所述信号处理器200为现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGate Array，FPGA)信号处理器，所述协处理器300为DSP数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)。
再请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器系统的实现方法流程图。为了保证系统的实时性，采用乒乓Ram的存储结构。本发明提出的光纤振动处理器系统的实现方法包括下列步骤：
步骤S10：所述模拟数字转换板对采集得到的模拟信号进行模数转换；
步骤S20：所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据，并对其进行实时横向平均处理，将处理完毕后的数据写入第一存储器；采用的技术是流水线技术，一共需要采集和处理M组数据，每组数据量为N个，M组数据中每组数据对应位置的数据是相互关联的。由于系统接收到的光电信号噪声比较大，为了提高信噪比，所以采用横向平均方法，例如横向k点平均，则原来每组数据有N个数据，横向平均之后，数据量被压缩到每组N/k个数据。
之后进行步骤S30：所述信号处理器纵向读取第一存储器中的数据，并对每一列数据傅里叶变换处理，将处理完毕的数据传输给协处理器；所述傅里叶变换处理为快速傅里叶变换(FFT)，把横向平均结果按列读出就得到每一个位置的一组数据，每组M个数据，共N组。对每组数据做FFT，其结果输出到SVM算法模块。
进行步骤S30的同时进行步骤S40：所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据，并对其进行实时横向平均处理，将处理完毕后的数据写入第二存储器；同样一共需要采集和处理M组数据。
之后进行步骤S50：所述信号处理器纵向读取第二存储器中的数据，并对每一列数据傅里叶变换处理，将处理完毕的数据传输给协处理器；所述傅里叶变换处理为快速傅里叶变换(FFT)，把横向平均结果按列读出就得到每一个位置的一组数据，每组M个数据，共N组。对每组数据做FFT，其结果输出到SVM算法模块。
步骤S30和步骤S50处理完毕后进行步骤S60：所述协处理器对经过傅里叶变换处理的数据进行判决，并将判决结果发回信号处理器；所述协处理器采用支持向量机算法判决和区分振动事件，SVM(Support Vector Machine)算法是用于机器学习和机器训练的一个有效算法，本系统用于判决和区分振动事件。对传输过来的每一组FFT结果用SVM算法做判决，并把每组的判决结果暂存起来，如果做完了N组判决，将判决结果发回信号处理器。
步骤S70：所述信号处理器将判决结果通过接口传输到上位机；信号处理器将发过来的N组判决结果通过PCI接口传输到上位机上层应用软件。
重复进行上述步骤的处理，直到系统停止运行。
参考图3，图3所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器系统的实现方法原理图。从存储器RAM中纵向读出数据后，在FPGA里进行FFT处理，将结果传输至DSP进行SVM判决，再将判决结果通过FPGA输出至上位机。
综上所述，本发明提出的光纤振动处理器系统的实现方法，这种方法利用当今器件的性能优势结合一种最优的设计方案来实现。处理速度的提高靠PC软件来实现是有限的，最有效的方法是采用硬件来实现关键算法的处理，但是硬件处理的缺点是硬件资源比较紧缺，尤其是存储空间有限；为了解决这个关键问题，本发明采用大规模高性能FPGA+DSP结构，这种方案的优点在于：FPGA不仅并行处理能力强，而且处理速度快(硬件处理)，所以把运算量大或速度要求苛刻的算法放在FPGA里面实现；而DSP的优势在于处理比较复杂的算法(例如SVM算法)，因此利用FPGA和DSP结合，可以大幅度提高系统的处理性能，同时满足系统实时性要求，并且降低漏报率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (5)
1.一种光纤振动处理器系统的实现方法，所述光纤振动处理器系统包括模拟数字转换板、信号处理器、协处理器、第一存储器和第二存储器，其特征在于，该方法包括下列步骤：
步骤S10：所述模拟数字转换板对采集得到的模拟信号进行模数转换；
步骤S20：所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据，并对其进行实时横向平均处理，将处理完毕后的数据写入第一存储器；
之后进行步骤S30：所述信号处理器纵向读取第一存储器中的数据，并对每一列数据傅里叶变换处理，将处理完毕的数据传输给协处理器；
进行步骤S30的同时进行步骤S40：所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据，并对其进行实时横向平均处理，将处理完毕后的数据写入第二存储器；
之后进行步骤S50：所述信号处理器纵向读取第二存储器中的数据，并对每一列数据傅里叶变换处理，将处理完毕的数据传输给协处理器；
步骤S30和步骤S50处理完毕后进行步骤S60：所述协处理器对经过傅里叶变换处理的数据进行判决，并将判决结果发回信号处理器，所述协处理器采用支持向量机算法判决和区分振动事件；
步骤S70：所述信号处理器将判决结果通过接口传输到上位机。
2.根据权利要求1所述的光纤振动处理器系统的实现方法，其特征在于，所述信号处理器为FPGA信号处理器。
3.根据权利要求1所述的光纤振动处理器系统的实现方法，其特征在于，所述协处理器为DSP数字信号处理器。
4.根据权利要求1所述的光纤振动处理器系统的实现方法，其特征在于，所述傅里叶变换处理为快速傅里叶变换。
5.根据权利要求1所述的光纤振动处理器系统的实现方法，其特征在于，所述接口为PCI接口。
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