CN111368677A - 一种改进过零数分析的目标检测与识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进过零数分析的目标检测与识别方法，对震动信号进行预处理，采用低通抗混滤波计算频谱，对震动信号中大信号进行衰减处理，小信号进行放大处理，处理后经过A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，数值经过信号放大电路，获得信号放大后的电压，取电压信号的次大值作为基本阈值，作为过零数分析判断的依据，判断所采集的电压是否大于预设阈值，将放大电压与所设定的阈值范围进行比较，设定周期采样时间，记录目标信号超出阈值范围的数值，统计目标信号在周期采样时间内超过阈值范围的个数，根据超过阈值的个数建立数学模型判断不同目标的特征。本发明能改善原有目标检测与识别技术准确率低、识别难度大的缺点，达到对不同目标特征的有效提取和识别。

Description

一种改进过零数分析的目标检测与识别方法

技术领域

本发明涉及一种用于目标的检测与识别领域的改进过零数分析的目标检测与识别方法。

背景技术

随着科技的不断进步，目标的检测与识别技术在周界防护等安防监视任务中占有重要地位。目标的检测与识别技术，通过传感器获取运动目标的特征信息，对这些信息进行分析和甄别，以进一步对运动目标对象进行识别，实现对目标情况更为准确的判别。多种传感器都有能力获取目标的运动属性，进行目标分类判断。其中震动传感器可以有效地识别目标类型，可以实现对不同运动目标的优化识别和安全预警。震动传感器构成了安防预警系统的基本单元，可减少由于外界破坏所造成的巨大经济损失和环境破坏，更好地维护经济和社会的稳定，促进国民经济快速持续的发展。目前对不同目标的检测与识别技术存在准确率低、识别难度大的缺点，容易发生无法预警、预警不及时的情况。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种改进过零数分析的目标检测与识别方法，其能够改善原有目标检测与识别技术准确率低、识别难度大的缺点，达到对于不同目标特征的有效提取和识别。

实现上述目的的一种技术方案是：一种改进过零数分析的目标检测与识别方法，用以对震动传感器的输入震动信号进行分析，具体包括如下步骤：

步骤1，对震动传感器的震动信号进行A/D转换，获得震动所产生的电压数值；

步骤2，将电压数值经过信号放大电路，获得信号放大后的放大电压信号；

步骤3，取放大电压信号的次大值作为基本阈值，以作为过零数分析判断的依据，判断所采集的放大电压信号是否大于基本阈值，然后设定不同震动判断目标的阈值范围，将放大电压信号与所设定的阈值范围进行比较；

步骤4，设定周期采样时间，记录目标信号超出阈值范围的数值，统计目标信号在周期采样时间内超过阈值范围的个数；

步骤5，根据超过阈值的个数进行不同震动特征标准的判断。

进一步的，步骤1中，先行对震动信号进行信号预处理，对震动信号中的强信号进行衰减处理，对弱信号进行放大处理，采用低通抗混滤波计算频谱，得到预处理信号。

再进一步的，步骤1中，震动信号及预处理信号为模拟信号，对预处理信号进行偏置处理，经过采样、保持、量化及编码后，再行进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号。

进一步的，对于步骤3和步骤4，提取单位采样周期内信号的次大值，设为基本阈值θ，所取时间段信号为{x_i}_k，令x_max＝max{x_i}_k，则随信号浮动的基本阈值θ₀＝x_max，设P为浮动比例因子，则有：Θ＝P*x_max，将此阈值与信号数值进行大小比较。

本发明的一种改进过零数分析的目标检测与识别方法，对震动信号进行预处理，采用低通抗混滤波计算频谱，对震动信号中大信号进行衰减处理，小信号进行放大处理，处理后经过A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，数值经过信号放大电路，获得信号放大后的电压，取电压信号的次大值作为基本阈值，作为过零数分析判断的依据，判断所采集的电压是否大于预设阈值，将放大电压与所设定的阈值范围进行比较，设定周期采样时间，记录目标信号超出阈值范围的数值，统计目标信号在周期采样时间内超过阈值范围的个数，根据超过阈值的个数建立数学模型判断不同目标的特征。本发明能改善原有目标检测与识别技术准确率低、识别难度大的缺点，达到对不同目标特征的有效提取和识别。

附图说明

图1为为本发明的一种改进过零数分析的目标检测与识别方法的方法流程图；

图2为本发明的一种改进过零数分析的目标检测与识别方法中对应某特定目标的典型信号波形及所选取的阈值点图。

具体实施方式

为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：

图1为本发明的一种改进过零数分析的目标检测与识别方法的方法流程图。

本发明的一种改进过零数分析的目标检测与识别方法，通过震动传感器感知地面震动，并将震动转换为震动信号，震动信号经过信号预处理，将大信号衰减同时将小信号放大，处理的信号经过采样、保持、量化及编码后进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，获得信号放大后的电压，对电压进行过零数分析。过零数分析就是对确定时间段内的时域信号将其幅值与设定阐值比较，计算信号正向越过或负向越过阐值的次数。

信号的过零数与信号的采样率有一定关系。在一定的采样率下，信号过零数与信号频谱具有密切关系。对于频率范围从f1到f2的平稳高斯随机信号，单位时间内的过零点数N与功率谱G(f)的关系为：

上式反映出，若信号的主频段频率较高，则单位时间的信号过零点数就较多。

分析地震动信号可得，信号幅值与目标和传感器之间的距离密切相关，因此阈值θ不能设定为常数，而应该相应于信号浮动。为了保证能准确识别出目标信号，取信号的次大值作为基本阈值，设定不同目标的阈值范围，将放大电压与所设定的阈值范围进行过零数比较，包括：

提取单位采样周期内信号的次大值，设基本阈值为θ，所取时间段信号为{x_i}_k，令x_max＝max{x_i}_k，则随信号浮动的基本阈值θ₀＝x_max，设P 为浮动比例因子，则有：

θ＝P*x_max

设定不同目标的阈值，将此阈值与信号数值进行大小比较，若大于设定阈值，则统计单位采样时间内的过零个数；若小于设定阈值，视为无震动信号的影响。

浮动比例因子在30％—40％之间取值。

设定单位周期采样时间，记录目标信号超出阈值范围的数值，统计目标信号在周期采样时间内超过阈值范围的个数；根据超过阈值的个数判断不同目标的特征，输出最终的结果。

如图2所示为某目标的典型信号波形图，根据选取阈值的规则，设定阈值上下限为±0.0075，其中超出设定阈值的电压数值分别为a、b、c、d 四个点，根据单位周期采样时间超过阈值的个数，输出其目标信号的特征结果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种改进过零数分析的目标检测与识别方法，用以对震动传感器的输入震动信号进行分析，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1，对震动传感器的震动信号进行A/D转换，获得震动所产生的电压数值；

步骤2，将电压数值经过信号放大电路，获得信号放大后的放大电压信号；

步骤3，取放大电压信号的次大值作为基本阈值，以作为过零数分析判断的依据，判断所采集的放大电压信号是否大于基本阈值，然后设定不同震动判断目标的阈值范围，将放大电压信号与所设定的阈值范围进行比较；

步骤4，设定周期采样时间，记录目标信号超出阈值范围的数值，统计目标信号在周期采样时间内超过阈值范围的个数；

步骤5，根据超过阈值的个数进行不同震动特征标准的判断。

2.根据权利要求1所述的改进过零数分析的目标检测与识别方法，其特征在于，步骤1中，先行对震动信号进行信号预处理，对震动信号中的强信号进行衰减处理，对弱信号进行放大处理，采用低通抗混滤波计算频谱，得到预处理信号。

3.根据权利要求2所述的改进过零数分析的目标检测与识别方法，其特征在于，步骤1中，震动信号及预处理信号为模拟信号，对预处理信号进行偏置处理，经过采样、保持、量化及编码后，再行进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号。

4.根据权利要求1所述的改进过零数分析的目标检测与识别方法，其特征在于，对于步骤3和步骤4，提取单位采样周期内信号的次大值，设为基本阈值θ，所取时间段信号为{x_i}_k，令x_max＝max{x_i}_k，则随信号浮动的基本阈值θ₀＝x_max，设P为浮动比例因子，则有：θ＝P*x_max，将此阈值与信号数值进行大小比较。

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