CN112511149A - 基于不可见光识别的光开关系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于不可见光识别的光开关系统，涉及物业管理技术领域，该基于不可见光识别的光开关系统，包括不可见光的转换系统、电信号检测系统、高斯白噪声的过滤和光开关的控制系统：不可见光的转换系统通过红外接收管转换成电信号，高斯白噪声的过滤通过高斯白噪声抵消器和周期性干扰分离器为核心消除，高斯白噪声抵消器是将高斯白噪声污染的信号与滤波估计出的参考信号进行抵消，采用自适应滤波器是一类基本结构的滤波器形式，因为其结构简单、易于实现、成本相对较低等特点，横向自适应滤波器通常包括单输入结构和多输入结构两种，微弱光电信号检测系统能够较好地完成待测光电流信号，并且检测准确，可以准确的控制光开关的闭合情况。

Description

基于不可见光识别的光开关系统

技术领域

本发明涉及光开关技术领域，具体为基于不可见光识别的光开关系统。

背景技术

不可见光顾名思义就是人类肉眼看不到的光，其中包括我们熟悉的紫外线、红外线、远红外线等。不可见光是个比较笼统的概念，是指除可见光外其他所有人眼所不能感知的波长的电磁波，包括无线电波，微波，红外光，紫外光，x射线，γ射线、远红外线等。一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电磁波。

光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作。依据不同的光开关原理，光开关的实现方法有多种，如：传统机械光开关、微机械光开关、热光开关、液晶光开关、电光开关和声光开关等。其中传统机械光开关、微机械光开关、热光开关因其各自的特点在不同场合得到广泛应用。目前应用最为广泛的仍是传统的1×2和2×2机械式光开关，传统机械式光开关可通过移动光纤将光直接耦合到输出端，采用棱镜、反射镜切换光路，将光直接送到或反射到输出端。

目前，大多数都是对于可见光的控制光开关，不可见光具体的实施不完善，并且不能解决不可见光中的干扰信号，使光开关的精准度低。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于不可见光识别的光开关系统，解决了不可见光具体的实施过程中的转换，并且解决不可见光中的干扰信号，使光开关的精准度更高。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于不可见光识别的光开关系统，包括不可见光的转换系统、电信号检测系统、高斯白噪声的过滤和光开关的控制系统：

所述不可见光的转换系统通过红外接收管转换成电信号，不可见光的红外信号经接收管解调后，数据“0”和“1”的区别是在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据，从而可以将不可见光转换电信号，通过电信号的直接检测更加有利于直接对不可见光的检测。所述电信号检测系统通过混沌理论作为一种典型的非线性检测方法，主要利用非线性系统的不稳定性和非平衡性来观察噪声信号对系统的影响，从而将待测信号与噪声信号进行分离，跟微弱有用信号相比，噪声信号虽然强烈，但是噪声信号对整个混沌系统的相轨迹状态改变并无影响。

优选的，所述电信号检测系统由于Duffing振子处于周期状态时速度是等间隔通过零点的，而在混沌状态时其速度过零点间隔是无规律的，通过连续n次提取Dufing振子的速度过零点，并计算出速度过零点的时间间隔，通过判断速度过零点间隔大小是否有规律从而实现Duffing振子阵发混沌现象的判断，如果从某一个时刻开始连续数次速度过零点间隔基本相等，则表明Duffing振子从这一时刻开始进入周期状态。就可以连续数次提取到Duffing振子进入周期状态的起始时刻，对这些周期状态起始时刻进行记录，可以计算出Duffing振子阵发混沌的大概周期，然后通过多次提取周期状态起始时刻，计算速度过零点间隔值，再求平均值得阵发混沌周期的精确值T，从而求得信号频率。

优选的，所述高斯白噪声的过滤通过高斯白噪声抵消器和周期性干扰分离器为核心消除，高斯白噪声抵消器是将高斯白噪声污染的信号与滤波估计出的参考信号进行抵消，周期性干扰分离器的基本思是在原始输入信号前加入延迟单元，使得周期性信号与延迟后的宽带信号不相关，从而滤波估计，得到有效信号，自适应去除多噪声干扰滤波器主要由两级架构组成，第一级是两个并行工作的周期性干扰分离器，是先将周期性信号从所接收到的信号中分离出来，第二级是一个高斯白噪声抵消器，作用是把信号中的高斯白噪声继续滤除，最后输出最佳信号。

优选的，所述光开关系统在通过将不可见光转换成电信号，对电信号的问题检测，并且在电信号接收过程中会出现有光电信号的断开，从俄日信号接收不完全或者完全接收不到信号，通过示波器实时监测电信号的波形变化情况，并且实时传输，在接收到的信号可以对高斯白噪声过滤，防止光开关误判电频。

(三)有益效果

本发明提供了基于不可见光识别的光开关系统。具备以下有益效果：

1、本发明采用多噪声干扰消除器的能够同时去除周期性干扰和高斯白噪声，滤波效果和算法一致，系统具有可配置参数功能和高灵活性，可作为一款多噪声干扰消除器的IP核来使用。高斯白噪声抵消器利用自适应滤波器自动调节参数的优势,在不必完全知道输入信号和噪声统计特性的前提下，自动跟踪捕捉噪声源，将高斯白噪声滤除。高斯白噪声抵消器拥有优异的滤波性能，它的基本思想是对被高斯白噪声污染的信号与滤波估计出的参考信号进行抵消操作，它工作的前提条件是噪声抵消系统的参考输入信号和噪声信号具有一定的相关性，但噪声信号必须还和需要提取的信号不相关。采用自适应滤波器是一类基本结构的滤波器形式，该滤波器系数直接就可对应于滤波系统的单位脉冲响应，因为其结构简单、易于实现、成本相对较低等特点，在工程实践中被广泛的采纳使用，横向自适应滤波器通常包括单输入结构和多输入结构两种。

2、本发明通过对电信号的检测，对于微弱光电流信号幅值检测部分，采用反向增益补偿法，对Duffing振子进行改进，增加放大增益项，可以直接调节放大增益来观察相轨迹的变化，从而根据混沌临界阈值与放大增益计算出待测信号幅值。对于频率检测部分,利用阵发混沌现象,采用过零检测法实现，通过记录Duffing振子的速度过零点有无规律来判断系统是否发生阵发混沌现象，然后通过计算阵发混沌周期间接计算出待测信号的频率信息，微弱光电信号检测系统能够较好地完成待测光电流信号，并且检测准确，可以准确的控制光开关的闭合情况。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，基于不可见光识别的光开关系统，包括不可见光的转换系统、电信号检测系统、高斯白噪声的过滤和光开关的控制系统：

所述不可见光的转换系统通过红外接收管转换成电信号，不可见光的红外信号经接收管解调后，数据“0”和“1”的区别是在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据，从而可以将不可见光转换电信号，通过电信号的直接检测更加有利于直接对不可见光的检测。所述电信号检测系统通过混沌理论作为一种典型的非线性检测方法，主要利用非线性系统的不稳定性和非平衡性来观察噪声信号对系统的影响，从而将待测信号与噪声信号进行分离，跟微弱有用信号相比，噪声信号虽然强烈，但是噪声信号对整个混沌系统的相轨迹状态改变并无影响。

所述电信号检测系统由于Duffing振子处于周期状态时速度是等间隔通过零点的，而在混沌状态时其速度过零点间隔是无规律的，通过连续n次提取Dufing振子的速度过零点，并计算出速度过零点的时间间隔，通过判断速度过零点间隔大小是否有规律从而实现Duffing振子阵发混沌现象的判断，如果从某一个时刻开始连续数次速度过零点间隔基本相等，则表明Duffing振子从这一时刻开始进入周期状态。就可以连续数次提取到Duffing振子进入周期状态的起始时刻，对这些周期状态起始时刻进行记录，可以计算出Duffing振子阵发混沌的大概周期，然后通过多次提取周期状态起始时刻，计算速度过零点间隔值，再求平均值得阵发混沌周期的精确值T，从而求得信号频率。

通过对电信号的检测，对于微弱光电流信号幅值检测部分，采用反向增益补偿法，对Duffing振子进行改进，增加放大增益项，可以直接调节放大增益来观察相轨迹的变化，从而根据混沌临界阈值与放大增益计算出待测信号幅值。对于频率检测部分,利用阵发混沌现象,采用过零检测法实现，通过记录Duffing振子的速度过零点有无规律来判断系统是否发生阵发混沌现象，然后通过计算阵发混沌周期间接计算出待测信号的频率信息，微弱光电信号检测系统能够较好地完成待测光电流信号，并且检测准确，可以准确的控制光开关的闭合情况。

所述高斯白噪声的过滤通过高斯白噪声抵消器和周期性干扰分离器为核心消除，高斯白噪声抵消器是将高斯白噪声污染的信号与滤波估计出的参考信号进行抵消，周期性干扰分离器的基本思是在原始输入信号前加入延迟单元，使得周期性信号与延迟后的宽带信号不相关，从而滤波估计，得到有效信号，自适应去除多噪声干扰滤波器主要由两级架构组成，第一级是两个并行工作的周期性干扰分离器，是先将周期性信号从所接收到的信号中分离出来，第二级是一个高斯白噪声抵消器，作用是把信号中的高斯白噪声继续滤除，最后输出最佳信号。

采用多噪声干扰消除器的能够同时去除周期性干扰和高斯白噪声，滤波效果和算法一致，系统具有可配置参数功能和高灵活性，可作为一款多噪声干扰消除器的IP核来使用。高斯白噪声抵消器利用自适应滤波器自动调节参数的优势,在不必完全知道输入信号和噪声统计特性的前提下，自动跟踪捕捉噪声源，将高斯白噪声滤除。高斯白噪声抵消器拥有优异的滤波性能，它的基本思想是对被高斯白噪声污染的信号与滤波估计出的参考信号进行抵消操作，它工作的前提条件是噪声抵消系统的参考输入信号和噪声信号具有一定的相关性，但噪声信号必须还和需要提取的信号不相关。采用自适应滤波器是一类基本结构的滤波器形式，该滤波器系数直接就可对应于滤波系统的单位脉冲响应，因为其结构简单、易于实现、成本相对较低等特点，在工程实践中被广泛的采纳使用，横向自适应滤波器通常包括单输入结构和多输入结构两种。

所述光开关系统在通过将不可见光转换成电信号，对电信号的问题检测，并且在电信号接收过程中会出现有光电信号的断开，从俄日信号接收不完全或者完全接收不到信号，通过示波器实时监测电信号的波形变化情况，并且实时传输，在接收到的信号可以对高斯白噪声过滤，防止光开关误判电频。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.基于不可见光识别的光开关系统，其特征在于，包括不可见光的转换系统、电信号检测系统、高斯白噪声的过滤和光开关的控制系统：

所述不可见光的转换系统通过红外接收管转换成电信号，不可见光的红外信号经接收管解调后，数据“0”和“1”的区别是在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据，从而可以将不可见光转换电信号，通过电信号的直接检测更加有利于直接对不可见光的检测。

2.根据权利要求1所述的基于不可见光识别的光开关系统，其特征在于：所述电信号检测系统通过混沌理论作为一种典型的非线性检测方法，主要利用非线性系统的不稳定性和非平衡性来观察噪声信号对系统的影响，从而将待测信号与噪声信号进行分离，跟微弱有用信号相比，噪声信号虽然强烈，但是噪声信号对整个混沌系统的相轨迹状态改变并无影响。

3.根据权利要求1所述的基于不可见光识别的光开关系统，其特征在于：所述电信号检测系统由于Duffing振子处于周期状态时速度是等间隔通过零点的，而在混沌状态时其速度过零点间隔是无规律的，通过连续n次提取Dufing振子的速度过零点，并计算出速度过零点的时间间隔，通过判断速度过零点间隔大小是否有规律从而实现Duffing振子阵发混沌现象的判断，如果从某一个时刻开始连续数次速度过零点间隔基本相等，则表明Duffing振子从这一时刻开始进入周期状态。就可以连续数次提取到Duffing振子进入周期状态的起始时刻，对这些周期状态起始时刻进行记录，可以计算出Duffing振子阵发混沌的大概周期，然后通过多次提取周期状态起始时刻，计算速度过零点间隔值，再求平均值得阵发混沌周期的精确值T，从而求得信号频率。

4.根据权利要求1所述的基于不可见光识别的光开关系统，其特征在于：所述高斯白噪声的过滤通过高斯白噪声抵消器和周期性干扰分离器为核心消除，高斯白噪声抵消器是将高斯白噪声污染的信号与滤波估计出的参考信号进行抵消，周期性干扰分离器的基本思是在原始输入信号前加入延迟单元，使得周期性信号与延迟后的宽带信号不相关，从而滤波估计，得到有效信号，自适应去除多噪声干扰滤波器主要由两级架构组成，第一级是两个并行工作的周期性干扰分离器，是先将周期性信号从所接收到的信号中分离出来，第二级是一个高斯白噪声抵消器，作用是把信号中的高斯白噪声继续滤除，最后输出最佳信号。

5.根据权利要求1所述的基于不可见光识别的光开关系统，其特征在于：所述光开关系统在通过将不可见光转换成电信号，对电信号的问题检测，并且在电信号接收过程中会出现有光电信号的断开，从而使电信号接收不完全或者完全接收不到信号，通过示波器实时监测电信号的波形变化情况，并且实时传输，在接收到的信号可以对高斯白噪声过滤，防止光开关误判电频。

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