CN106297124B - 一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法 - Google Patents

一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法，对光纤入侵报警主机采集到的信号和干扰进行傅里叶变换得到频谱图，将入侵信号和干扰信号的频谱图划线到同一幅图中；依次找到频谱图中入侵信号幅值大于干扰信号幅值的频段；将找到的频段提取出来，求出入侵信号和干扰信号在该频段内的平均幅值。在该组平均幅值内找到入侵信号的最小值和干扰信号的最大值，从而设定合适的阈值来区分入侵和干扰，该步骤中可采用平均幅值但不限于平均幅值。本发明方法简单，仅需要对采集到的干扰信号和入侵信号进行傅里叶变换，得到频谱图，在频谱图中找到入侵信号幅值大于干扰信号幅值的频段，求出该频段内的平均幅值，从而得到阈值。

Description

一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法
技术领域
本发明属于分布式测量技术领域，特别涉及一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法。
背景技术
随着科学的发展以及技术的进步，越来越多的领域需要利用周界入侵报警系统来进行防范，确保安全，而光纤周界入侵报警系统解决了有些领域长距离、野外作业、无源探测等方面的要求。该系统以传感光缆作为传感介质，以光信号为载体，不需要供电，使用安全，便于野外作业；光纤的线状结构易于架设，便于大范围长距离的检测；其铺设方便灵活，可以做到高隐蔽性，易于与周围环境融于一体；光纤既作为传感单元，又作为传输介质，增加了光纤材料的复用性；此外光纤传感器体积小、质量轻、稳定性高、耐腐蚀、无辐射，这种光纤周界入侵报警系统的误报和漏报明显优于常规的安防系统，因此被广泛应用于各领域进行周界安防。光纤周界入侵报警系统是一种新型的安防系统，它是利用光纤作为感应体，来探测外界扰动并判别是否属入侵行为，从而发出报警信号的系统。然而，随着信号的输入，其中会夹杂着众多的干扰信号，如何区分干扰信号和有效侵入信号是提高光纤周界入侵报警抗干扰的关键技术，由于光纤周界入侵报警是一种新技术，因此都在对该项技术进行研究，现有的光纤周界入侵报警会利用有效入侵信号阈值进行判断，当信号大于阈值则认为是入侵信号，小于则认为是干扰信号，但如何设定阈值一直没有一个好的方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法，通过计算比较设置一个合理的阈值范围，对于提高光纤周界入侵报警系统的抗干扰是一个优先要考虑的问题。通过本方法可以提供一个合理的阈值范围，提高光纤周界入侵报警系统工作的报警准确率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法，将接收的光纤输入信号与一个设定阈值进行比较，输入信号高于阈值则触发报警，否则不触发报警，所述阈值的确定过程是：
第一步，人为模拟现场环境，在光纤网络施加干扰，按照一个设定的时间长度接收含有干扰的光纤信号，称为第一光纤信号；
第二步，在光纤网络施加干扰环境的同时加入入侵动作，按照相同所述时间长度接收加入入侵动作后的光纤信号，称为第二光纤信号；
第三步，对第一光纤信号进行傅里叶变换得到第一光纤信号频谱图，对第二光纤信号进行傅里叶变换得到第二光纤信号频谱图；
第四步，将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段，将该频段定义为入侵频段；
第五步，对入侵频段的第二光纤信号进行幅值处理，得到多个连续单位时间内含有干扰和入侵的光纤信号幅值点；
第六步，将多个含有干扰和入侵的光纤信号幅值点进行相互比较确定阈值。
方案进一步是：所述幅值处理是平均幅值处理，处理后得到的是多个含有干扰和入侵的光纤信号平均幅值点。
方案进一步是：所述确定阈值的方法是：
当多个含有干扰和入侵的光纤信号幅值中有阶跃式突然变大的幅值，且阶跃式突然变大的幅值中起始阶跃值或回落值大于其它幅值的最大值，则将起始阶跃值或回落值确定为阈值；或将其它幅值的最大值确定为阈值。
方案进一步是：所述阶跃式突然变大是当变大的幅值大于前一光纤信号幅值至少30%是阶跃式突然变大。
方案进一步是：所述方法进一步包括，当找出的第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段为多个时，应依次计算找到对应的入侵频段；并分别执行第五步和第六步，依次对得到的多个阈值进行判断，确定最终的阈值。
方案进一步是：所述入侵频段的宽度至少要大于30Hz。
方案进一步是：所述将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段，将该频段定义为入侵频段的方法是：将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图合并至一个屏幕，通过目测按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值的频段；或者将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图打印出纸件，通过目测按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值的频段。
本发明的有益效果是：方法简单，仅需要对采集到的干扰信号和入侵信号进行快速傅里叶变换，得到频谱图，在频谱图中找到入侵信号幅值大于干扰信号幅值的频段，求出该频段内的平均幅值，从而得到阈值，通过设定阈值来判断进行报警。本发明中可采用平均幅值，但不限于平均幅值。现有报警系统中遇到大干扰信号时，若设定小阈值会出现误报，若设定大阈值会出现漏报，本发明解决了这一实际问题。
下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。
附图说明
图1 为具有干扰的光纤信号时域波形图；
图2为具有干扰和入侵的光纤信号时域波形图；
图3为两个信号频谱比较示意图；
图4为入侵频段频谱信号放大示意图；
图5为求出的两组频段频谱平均值折线比较示意图。
具体实施方式
一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法，将接收的光纤输入信号与一个设定阈值进行比较，输入信号高于阈值则触发报警，否则不触发报警，所述阈值的确定过程是：
第一步，人为模拟现场环境，在光纤网络施加干扰（例如风干扰），如图1所示，按照一个设定的时间长度接收含有干扰的光纤信号，称为第一光纤信号；
第二步，在光纤网络施加干扰环境的同时加入入侵动作（例如对光纤网络施加触碰震动），如图2所示，按照相同所述时间长度接收加入入侵动作后的光纤信号，称为第二光纤信号；
第三步，对第一光纤信号进行快速傅里叶变换得到第一光纤信号频谱图，对第二光纤信号进行快速傅里叶变换得到第二光纤信号频谱图；
第四步，将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图按照相同时间长度对应叠加比较，如图3和图4所示，图3中深色部分为第一光纤信号频谱图，浅色部分为第二光纤信号频谱图，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段，将该频段定义为入侵频段；
第五步，对入侵频段的第二光纤信号进行幅值处理，得到多个连续单位时间内含有干扰和入侵的光纤信号幅值点；（其中的幅值处理是对接收的第二光纤信号化中每一个单位时间入侵频段的第二光纤信号进行幅值处理）
第六步，将多个含有干扰和入侵的光纤信号幅值点进行相互比较确定阈值。
利用光纤周界实现入侵报警是一种公知技术，是以光信号为载体感知入侵的信号，但不同的光纤对入侵有不同的敏感频率，因此，第一步至第四步就是为了找出光纤对入侵的敏感频率段。
第五步骤中的幅值处理的目的是为了对多个数据之间的大小进行比较，可以进行有效值处理，本实施例所述幅值处理采用的是平均幅值处理，处理后得到的是多个每一单位时间内含有干扰和入侵的光纤信号平均幅值点。
第六步中确定设定阈值的方法可以有多种，要根据实际的情况进行调整。一个简单有效地方法所述确定设定阈值的方法是：
当多个含有干扰和入侵的光纤信号幅值中有阶跃式突然变大的幅值，且阶跃式突然变大的幅值中起始阶跃值或回落值大于其它幅值的最大值，则将起始阶跃值或回落值确定设定阈值；或将其它幅值的最大值确定设定阈值。
其中，所述阶跃式突然变大是当变大的幅值大于前一光纤信号幅值至少30%是阶跃式突然变大。
下表就是针对图4频段连续12秒、每一秒计算得出的一组数据。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2.92E-04 4.20E-04 3.48E-04 2.07E-04 3.00E-04 3.13E-04 2.79E-04 1.97E-04 2.21E-04 4.12E-04 3.12E-04 2.76E-04
根据上述判断依据表中的4.20E-04和4.12E-04就是阶跃式突然变大的幅值，将3.48E-04或3.12E-04确定设定阈值。
并且：所述方法进一步包括，当找出的第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段为多个时，应依次计算找到对应的入侵频段；并分别执行第五步和第六步，依次对得到的多个阈值进行判断，确定最终的阈值。
所述确定最终的阈值有多种方法，其中可以是：将获得的多个设定阈值的平均值确定为最终的阈值。
为了可靠和准确，实施例中：所述入侵频段的宽度至少要大于30Hz。
实施例中：所述将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段，将该频段定义为入侵频段的方法是：将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图合并至一个屏幕，通过目测按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值的频段；或者将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图打印出纸件，通过目测按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值的频段。
总结上述方法，其确定阈值工作过程为：
1.首先，对光纤入侵报警主机采集到的信号和干扰进行快速傅里叶变换得到频谱图，将入侵信号和干扰信号的频谱图划线到同一幅图中。
2.其次，依次找到频谱图中入侵信号幅值大于干扰信号幅值的频段。
3.将找到的频段提取出来，求出入侵信号和干扰信号在该频段内的平均幅值。该步骤中可采用平均幅值，但不限于平均幅值。
4.在该组平均幅值内找到入侵信号的最小值和干扰信号的最大值，如图5所示，将这两组数据划线为折线图，该步骤中可采用平均幅值，但不限于平均幅值。
5.由图5折线图可以看出在该频段内入侵信号的最小值大于干扰信号的最大值，因此可以设定合适的阈值来区分入侵和干扰。
对光纤入侵报警主机采集到的入侵信号和干扰信号进行快速傅里叶变换得到频谱图，将入侵信号和干扰信号的频谱图划线到同一幅图中；依次找到频谱图中入侵信号幅值大于干扰信号幅值的频段。将找到的频段提取出来，求出入侵信号和干扰信号在该频段内的平均幅值。可采用平均幅值，但不限于平均幅值。本实施例附图入侵模拟时只模拟了两组入侵，在找平均幅值时找到该组数据中的第二大值和第三大值，即入侵信号的最小值和干扰信号的最大值。在该组平均幅值内找到入侵信号的最小值和干扰信号的最大值，将这两组数据划线为折线图。由折线图可以看出在该频段内入侵信号的最小值大于干扰信号的最大值，因此可以设定合适的阈值来区分信号和干扰。

Claims (6)

1.一种光纤入侵报警系统的抗干扰处理方法，将接收的光纤输入信号与一个设定阈值进行比较，输入信号高于阈值则触发报警，否则不触发报警，其特征在于，所述阈值的确定过程是：
第一步，人为模拟现场环境，在光纤网络施加干扰，按照一个设定的时间长度接收含有干扰的光纤信号，称为第一光纤信号；
第二步，在光纤网络施加干扰环境的同时加入入侵动作，按照相同所述时间长度接收加入入侵动作后的光纤信号，称为第二光纤信号；
第三步，对第一光纤信号进行傅里叶变换得到第一光纤信号频谱图，对第二光纤信号进行傅里叶变换得到第二光纤信号频谱图；
第四步，将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段，将该频段定义为入侵频段；
第五步，对入侵频段的第二光纤信号进行幅值处理，得到多个连续单位时间内含有干扰和入侵的光纤信号幅值点；
第六步，将多个含有干扰和入侵的光纤信号幅值点进行相互比较确定阈值，当多个含有干扰和入侵的光纤信号幅值中有阶跃式突然变大的幅值，且阶跃式突然变大的幅值中起始阶跃值或回落值大于其它幅值的最大值，则将起始阶跃值或回落值确定为阈值；或将其它幅值的最大值确定为阈值。
2.根据权利要求1所述的抗干扰处理方法，其特征在于，所述幅值处理是平均幅值处理，处理后得到的是多个含有干扰和入侵的光纤信号平均幅值点。
3.根据权利要求1所述的抗干扰处理方法，其特征在于，所述阶跃式突然变大是当变大的幅值大于前一光纤信号幅值至少30%是阶跃式突然变大。
4.根据权利要求1或2所述的抗干扰处理方法，其特征在于，所述方法进一步包括，当找出的第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段为多个时，应依次计算找到对应的入侵频段；并分别执行第五步和第六步，依次对得到的多个阈值进行判断，确定最终的阈值。
5.根据权利要求1或2所述的抗干扰处理方法，其特征在于，所述入侵频段的宽度至少要大于30Hz。
6.根据权利要求1或2所述的抗干扰处理方法，其特征在于，所述将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值段的频段，将该频段定义为入侵频段的方法是：将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图合并至一个屏幕，通过目测按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值的频段；或者将第一光纤信号频谱图和第二光纤信号频谱图打印出纸件，通过目测按照相同时间长度对应叠加比较，找出第二光纤信号频谱图中大于对应的第一光纤信号频谱图幅值的频段。
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Registration number: Y2022990000667

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Denomination of invention: An anti-interference processing method for fiber optic intrusion alarm system

Effective date of registration: 20230919

Granted publication date: 20181106

Pledgee: Beijing Yizhuang International Financing Guarantee Co.,Ltd.

Pledgor: Beijing Aerospace Tianhong Intelligent Equipment Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023990000460

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