RU2623842C1 - Method of objects detection, moving along the protected area, and device for its implementation - Google Patents
Method of objects detection, moving along the protected area, and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623842C1 RU2623842C1 RU2016131735A RU2016131735A RU2623842C1 RU 2623842 C1 RU2623842 C1 RU 2623842C1 RU 2016131735 A RU2016131735 A RU 2016131735A RU 2016131735 A RU2016131735 A RU 2016131735A RU 2623842 C1 RU2623842 C1 RU 2623842C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- seismic
- seismic signal
- energy
- protected area
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title abstract description 12
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 12
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 12
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 7
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/001—Acoustic presence detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
- G01V1/30—Analysis
- G01V1/307—Analysis for determining seismic attributes, e.g. amplitude, instantaneous phase or frequency, reflection strength or polarity
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
- G08B13/16—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid
- G08B13/1654—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid using passive vibration detection systems
- G08B13/1663—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid using passive vibration detection systems using seismic sensing means
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к техническим средствам охраны, способам обнаружения объектов, в том числе нарушителей, на охраняемой территории по создаваемым ими сейсмическим колебаниям и может быть использована для охраны участков местности и подступов к зданиям.The group of inventions relates to technical means of protection, methods for detecting objects, including intruders, in the protected area by the seismic vibrations created by them and can be used to protect sections of the terrain and approaches to buildings.
Известны устройство и способ обнаружения сейсмических сигналов (патент США №3,696,369, G08B 13/00, опубл. 03.10.1972). Способ обнаружения сигналов предложенным устройством реализован на основе подсчета количества импульсов (3 и более) во временном окне 4 с, при этом предварительная обработка заключается в аналоговой фильтрации в полосе 10-30 Гц сигнала, полученного с электродинамического преобразователя, учитывая, что фронт импульса полезного сигнала составляет 0,1 с.A known device and method for detecting seismic signals (US patent No. 3,696,369, G08B 13/00, publ. 03.10.1972). The method for detecting signals by the proposed device is implemented on the basis of counting the number of pulses (3 or more) in a time window of 4 s, while the preliminary processing consists in analog filtering in the 10-30 Hz band of a signal received from an electrodynamic converter, given that the pulse front of the useful signal is 0.1 s.
Недостатком способа является низкое качество классификации сейсмического сигнала, так как импульсные сигналы помимо пешего нарушителя вызываются и транспортным средством, и мощной техногенной или природной помехой.The disadvantage of this method is the low quality of the classification of the seismic signal, since pulsed signals, in addition to the foot intruder, are caused by a vehicle and a powerful technogenic or natural noise.
Известны способы обнаружения перемещающегося объекта на охраняемом рубеже, в которых регистрацию и классификацию сейсмических сигналов, формируемых объектом, осуществляют путем анализа частотного спектра принимаемых сейсмических сигналов (патент РФ №2365945, G08V 1/00, опубл. 27.08.2009; патент РФ №2165629, G08V 1/00, опубл. 20.04.2001), причем после обработки большого объема экспериментальных данных был сделан вывод, что спектры сейсмических сигналов не постоянны. Предложено, что «наиболее характерные» полосы частот для человека лежат в диапазоне от 5 до 25 Гц (патент РФ №2365945), от 15 до 25 Гц и от 35 до 50 Гц (патент РФ №2165629) и изменяются в течение года (различное состояние грунта в сезонах зима - лето) и влекут за собой изменение качества распознавания сигналов от различных объектов классификации.Known methods for detecting a moving object at a guarded line, in which the registration and classification of seismic signals generated by the object is carried out by analyzing the frequency spectrum of the received seismic signals (RF patent No. 2365945,
Недостатком данных способов обнаружения перемещающегося объекта является то, что помеховый сейсмический сигнал может быть классифицирован как сигнал от нарушителя и наоборот.The disadvantage of these methods of detecting a moving object is that the interfering seismic signal can be classified as a signal from the intruder and vice versa.
При изменяющихся свойствах грунта качественное распознавание сейсмических сигналов от пешего нарушителя возможно лишь в результате анализа временной реализации сигнала на интервале времени, близком к минимальному времени преодоления охраняемой территории.With changing soil properties, the qualitative recognition of seismic signals from a foot intruder is possible only as a result of analyzing the temporal implementation of the signal in a time interval close to the minimum time to overcome the protected area.
Наиболее близким аналогом предлагаемой группы изобретений является техническое решение (патент РФ №2212691, G01V 1/16, опубл. 20.09.2003), согласно которому адаптивное устройство обнаружения и классификации сейсмических сигналов содержит сейсмопреобразователь, схему автоматического регулирования усиления, блок выделения и обработки импульсных сигналов, блок классификации и блок адаптации к изменяющимся под воздействием метеоусловий параметров грунта. С помощью данного устройства реализуется способ обнаружения перемещающихся объектов, включающий преобразование сейсмического сигнала, автоматическое регулирование усиления сигнала, выделение и обработку импульсных сигналов, классификацию сигналов и адаптацию способа обработки сигналов к изменяющимся под воздействием метеоусловий параметрам грунта, причем адаптация производится с помощью тестового воздействия, по параметрам которого определяется величина поправочных коэффициентов для модели авторегрессии, используемой в классификаторе источников сейсмических сигналов, что позволяет повысить вероятность правильной классификации источников сейсмических сигналов.The closest analogue of the proposed group of inventions is a technical solution (RF patent No. 2212691, G01V 1/16, published September 20, 2003), according to which the adaptive device for detecting and classifying seismic signals contains a seismic transducer, an automatic gain control circuit, a pulse signal extraction and processing unit , classification block and adaptation block to changing soil parameters under the influence of weather conditions. Using this device, a method for detecting moving objects is implemented, which includes converting a seismic signal, automatically adjusting signal gain, extracting and processing pulse signals, classifying signals and adapting the signal processing method to soil parameters that change under the influence of weather conditions, and adaptation is done using a test action, according to the parameters of which determine the magnitude of the correction factors for the autoregressive model used in the class fixture of sources of seismic signals, which increases the likelihood of correct classification of sources of seismic signals.
Поскольку заранее невозможно точно сказать, в каком типе грунта будет установлено устройство, в прототипе предлагается проводить процедуру адаптации, а именно в конкретном месте установки периодически вычислять величину поправочных коэффициентов для модели авторегрессии. Кроме того, необходимо отметить, что в прототипе во фрагменте сейсмического сигнала длительностью 0,5 с и значениях автокорреляционной функции (АКФ) на первом, втором и третьем сдвигах нет усредненной информации о сейсмическом сигнале за время всего прохода сквозь зону обнаружения, который может длиться несколько десятков секунд. Таким образом, решение о присутствии объекта на охраняемой территории принимается лишь по трем значениям АКФ, что при частоте дискретизации 2 кГц, используемой в устройстве, соответствует сдвигам сигнала на 0,0015 с.Since it is impossible to say in advance exactly what type of soil the device will be installed in, the prototype proposes to carry out an adaptation procedure, namely, at a particular installation site to periodically calculate the value of correction factors for the autoregressive model. In addition, it should be noted that in the prototype in the fragment of the seismic signal with a duration of 0.5 s and the values of the autocorrelation function (ACF) at the first, second and third shifts there is no averaged information about the seismic signal during the entire passage through the detection zone, which can take several tens of seconds. Thus, the decision on the presence of an object in a protected area is made only for three ACF values, which at a sampling frequency of 2 kHz used in the device corresponds to signal shifts of 0.0015 s.
Недостатком известного из прототипа устройства является то, что адаптация сигналов осуществляется с помощью дополнительного блока адаптации к изменяющимся параметрам грунта. Блок адаптации состоит из схемы управления блоком адаптации, электромеханического вибратора, устанавливаемого в грунт, электронного коммутатора, схемы вычисления поправок коэффициентов авторегрессии и буфера временного хранения вычисленных коэффициентов. Блок адаптации усложняет конструкцию, процесс установки устройства, а также увеличивает энергопотребление устройства за счет наличия электромеханического вибратора и дополнительных схем. При возможном отказе электромеханического вибратора устройство оказывается неработоспособным, так как нарушается процедура периодического вычисления поправочных коэффициентов, которые используются в алгоритме распознавания сейсмических сигналов от различных объектов распознавания.A disadvantage of the device known from the prototype is that the signals are adapted using an additional adaptation unit to varying soil parameters. The adaptation block consists of a control circuit of the adaptation block, an electromechanical vibrator installed in the ground, an electronic switch, a circuit for calculating corrections of autoregression coefficients and a buffer for temporary storage of the calculated coefficients. The adaptation unit complicates the design, the installation process of the device, and also increases the power consumption of the device due to the presence of an electromechanical vibrator and additional circuits. With a possible failure of the electromechanical vibrator, the device turns out to be inoperative, since the procedure for periodic calculation of correction coefficients that are used in the algorithm for recognizing seismic signals from various recognition objects is violated.
Техническим результатом предлагаемой группы изобретений является повышение вероятности обнаружения объектов, передвигающихся по охраняемой территории, при изменении климатических условий и, как следствие, изменении поглощающих свойств грунта.The technical result of the proposed group of inventions is to increase the likelihood of detecting objects moving around the protected area, with changing climatic conditions and, as a result, changing the absorbing properties of the soil.
Для достижения технического результата предложен способ обнаружения объекта, передвигающегося по охраняемой территории, включающий регистрацию и обработку формируемого объектом сейсмического сигнала, выделение в скользящем временном окне импульсов сейсмического сигнала заданной длительности, вычисление энергии сейсмического сигнала и сравнение полученных значений количества импульсов и энергии сейсмического сигнала с пороговыми значениями, причем при превышении пороговых значений дополнительно вычисляют АКФ сейсмического сигнала, определяют первое локальное максимальное и первое локальное минимальное значения АКФ, вычисляют выраженное в процентах отношение k разности упомянутых максимального и минимального значений к упомянутому максимальному значению, по заданному количеству отношений k определяют среднее арифметическое значение kср и по результатам сравнения полученного значения kср с пороговым принимают решение о факте передвижения объекта по охраняемой территории, при этом в процессе обработки коэффициент усиления последующего сейсмического сигнала определяют в соответствии со средним значением энергии предшествующего сейсмического сигнала в скользящем временном окне. В предпочтительном варианте осуществления предложенного способа первое локальное минимальное значение АКФ определяют по формуле Rmin=R(τmax/2), где τmax - сдвиг, соответствующий первому локальному максимальному значению автокорреляционной функции. Также в способе среднее арифметическое значение kср могут вычислять по количеству отношений k за все время передвижения объекта по охраняемой территории.To achieve a technical result, a method is proposed for detecting an object moving around a protected area, including registering and processing a seismic signal generated by the object, extracting a pulse of a seismic signal of a given duration in a moving time window, calculating the energy of a seismic signal and comparing the obtained values of the number of pulses and energy of the seismic signal with threshold values, and when threshold values are exceeded, the ACF of the seismic signal is additionally calculated ala, determining a first local maximum and the first local minimum values of ACF was calculated as a percentage ratio k of the difference of said maximum and minimum value to said maximum value by a predetermined number of relations k determines the arithmetic mean value k cp and by comparing the obtained values k cp threshold decision is made about the fact of the movement of the object in the protected area, while in the process of processing the gain of the subsequent seismic signal la is determined according to the average value of the energy of the prior seismic signal in a sliding time window. In a preferred embodiment of the proposed method, the first local minimum ACF value is determined by the formula R min = R (τ max / 2), where τ max is the shift corresponding to the first local maximum value of the autocorrelation function. Also in the method, the arithmetic mean value of k cf can be calculated by the number of relations k for the entire time the object moves around the protected area.
Для достижения технического результата предложено также устройство для осуществления вышеупомянутого способа обнаружения объекта, передвигающегося по охраняемой территории, состоящее из последовательно соединенных преобразователя сейсмических сигналов, предварительного усилителя, регулируемого усилителя, входного аналогового фильтра, блока цифровой обработки сейсмических сигналов, включающего последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, цифровой полосовой фильтр, блок формирования скользящего временного окна, блок выделения импульсов сейсмического сигнала, блок подсчета количества импульсов заданной длительности и энергии сейсмического сигнала в скользящем временном окне, и блока принятия решения, причем в устройстве блок цифровой обработки сейсмических сигналов дополнительно содержит последовательно соединенные блок запуска вычислителя автокорреляционных функций, вычислитель автокорреляционных функций и анализатор формы автокорреляционных функций, при этом вход упомянутого блока запуска соединен с выходом блока подсчета количества импульсов заданной длительности и энергии сейсмических сигналов, упомянутый блок запуска соединен с регулируемым усилителем посредством управляющего канала, а выход анализатора формы автокорреляционных функций соединен с входом блока принятия решения. В предпочтительном варианте исполнения предложенного устройства блок принятия решения выполнен с возможностью выдачи тревожного сигнала. В устройстве блок формирования скользящего временного окна, блок выделения импульсов сейсмического сигнала, блок подсчета количества импульсов заданной длительности и энергии сейсмического сигнала и блок запуска вычислителя автокорреляционных функций могут быть объединены в блок подсистемы постоянного анализа сейсмических сигналов, а вычислитель автокорреляционных функций и анализатор формы автокорреляционных функций - в блок подсистемы автокорреляционного анализа сейсмических сигналов.To achieve a technical result, there is also proposed a device for implementing the aforementioned method of detecting an object moving around a protected area, consisting of a series-connected seismic signal converter, a pre-amplifier, an adjustable amplifier, an input analog filter, a digital processing unit of seismic signals, including a series-connected analog-to-digital converter , digital band-pass filter, block for forming a sliding time window a, a block for extracting pulses of a seismic signal, a unit for counting the number of pulses of a given duration and energy of a seismic signal in a sliding time window, and a decision block, moreover, in the device, the digital block for processing seismic signals additionally contains a series-connected start block of the calculator of autocorrelation functions, a calculator of autocorrelation functions and an autocorrelation function form analyzer, wherein the input of said trigger unit is connected to the output of the quantitative of pulses of a given duration and energy of seismic signals, said trigger unit is connected to an adjustable amplifier by means of a control channel, and the output of an autocorrelation function form analyzer is connected to the input of a decision unit. In a preferred embodiment of the proposed device, the decision block is configured to issue an alarm. In the device, a block for generating a sliding time window, a block for extracting pulses of a seismic signal, a block for counting the number of pulses of a given duration and energy of a seismic signal, and a block for starting a calculator of autocorrelation functions can be combined into a block for a subsystem for continuous analysis of seismic signals, and a calculator for autocorrelation functions and an analyzer of the form of autocorrelation functions - into the block of the subsystem of autocorrelation analysis of seismic signals.
В предложенном способе после обработки полученного сейсмического сигнала непрерывно производится поиск сейсмических импульсов определенной длительности и вычисление энергии текущего сейсмического сигнала. При нахождении сейсмических импульсов заданной длительности, которые, возможно, вызваны передвижением объекта по охраняемой территории, вычисляются АКФ сейсмического сигнала. Сдвиг АКФ выполняется на величину, соответствующую наибольшему периоду следования сейсмических импульсов, определенному экспериментально при малой скорости движения нарушителя. Цель вычисления АКФ состоит в выявлении усредненных периодических характеристик от сейсмических сигналов, создаваемых объектом. В предложенном способе обнаружения происходит поиск и анализ неизменной характеристики движения объекта - периодических импульсных воздействий при соприкосновении объекта с поверхностью грунта. Данный процесс осуществляется за счет предложенного устройства и может быть реализован в двух его подсистемах - постоянного и автокорреляционного анализа сейсмических сигналов. Достоверность обнаружения в грунтах, имеющих различные поглощающие свойства, достигается за счет автоматического регулирования коэффициента усиления сейсмического сигнала в зависимости от среднего значения энергии предшествующего сейсмического сигнала в скользящем временном окне.In the proposed method, after processing the received seismic signal, the search for seismic pulses of a certain duration and the calculation of the energy of the current seismic signal are continuously performed. When seismic pulses of a given duration are found, which are possibly caused by the movement of the object in the protected area, the ACF of the seismic signal is calculated. ACF shift is performed by an amount corresponding to the largest period of seismic pulse repetition, determined experimentally at a low speed of the intruder. The purpose of calculating the ACF is to identify the averaged periodic characteristics of the seismic signals generated by the object. In the proposed detection method, a search and analysis of an unchanged characteristic of the object’s movement — periodic impulse actions upon contact of the object with the ground surface — takes place. This process is carried out due to the proposed device and can be implemented in two of its subsystems - continuous and autocorrelation analysis of seismic signals. Reliability of detection in soils having different absorbing properties is achieved by automatically adjusting the gain of the seismic signal depending on the average energy of the previous seismic signal in a moving time window.
Предлагаемые устройство и способ обнаружения объектов, передвигающихся по охраняемой территории, обеспечивают повышение вероятности обнаружения, т.к. обеспечивают анализ существенно большей, чем в прототипе, длительности передвижения объекта по охраняемой территории. В частном случае исполнения, улучшающем достигнутый технический результат, происходит анализ всей длительности передвижения сквозь зону обнаружения. Таким образом, уменьшается вероятность ложного срабатывания устройства в связи с регистрацией сейсмических импульсов от случайных помех.The proposed device and method for detecting objects moving around a protected area, increase the likelihood of detection, because provide an analysis of significantly longer than in the prototype, the duration of the movement of the object in the protected area. In the particular case of a performance that improves the technical result achieved, an analysis is made of the entire duration of movement through the detection zone. Thus, the probability of false triggering of the device is reduced due to the registration of seismic pulses from random interference.
Предлагаемая группа изобретений иллюстрируются чертежами:The proposed group of inventions is illustrated by drawings:
На фиг. 1 представлена структурная схема частного случая исполнения устройства для осуществления способа обнаружения нарушителей, передвигающихся по охраняемой территории.In FIG. 1 is a structural diagram of a particular case of a device for implementing a method for detecting intruders moving around a protected area.
На фиг. 2 представлена запись сейсмосигнала при полевых испытаниях предложенного устройства в грунте типа «Суглинок», где выполнено удаление от устройства на расстояние 20 м и затем приближение к устройству с этого расстояния. В верхнем ряду представлен исходный сейсмосигнал. Во втором и третьем ряду в увеличенном масштабе представлены фрагменты сейсмосигнала длительностью 0,5 с, содержащие сейсмические импульсы, и соответствующие этим фрагментам спектры.In FIG. 2 shows the recording of a seismic signal during field tests of the proposed device in soil of the “Loam” type, where the distance from the device to a distance of 20 m was made and then approaching the device from this distance. The top row shows the original seismic signal. In the second and third rows, fragments of a seismic signal with a duration of 0.5 s, containing seismic pulses, and the spectra corresponding to these fragments are presented on an enlarged scale.
На фиг. 3 представлена запись сейсмосигнала при полевых испытаниях устройства в грунте типа «Песок», где выполнено удаление от устройства на расстояние 20 м и затем приближение к устройству с этого расстояния. В верхнем ряду представлен исходный сейсмосигнал. Во втором и третьем ряду в увеличенном масштабе представлены фрагменты сейсмосигнала длительностью 0,5 с, содержащие сейсмические импульсы, и соответствующие этим фрагментам спектры.In FIG. Figure 3 shows the recording of a seismic signal during field testing of the device in soil of the Sand type, where the distance from the device to a distance of 20 m and then approaching the device from this distance were performed. The top row shows the original seismic signal. In the second and third rows, fragments of a seismic signal with a duration of 0.5 s, containing seismic pulses, and the spectra corresponding to these fragments are presented on an enlarged scale.
На фиг. 4 представлена запись сейсмосигнала при полевых испытаниях устройства в снежном покрове глубиной от 0,35 до 0,40 м, где выполнен проход мимо устройства на удалении 5 м от места установки. В верхнем ряду представлен исходный сейсмосигнал. Во втором и третьем ряду в увеличенном масштабе представлены фрагменты сейсмосигнала длительностью 0,5 с, содержащие сейсмические импульсы, и соответствующие этим фрагментам спектры.In FIG. Figure 4 shows the recording of a seismic signal during field tests of the device in the snow cover with a depth of 0.35 to 0.40 m, where a pass was made past the device at a distance of 5 m from the installation site. The top row shows the original seismic signal. In the second and third rows, fragments of a seismic signal with a duration of 0.5 s, containing seismic pulses, and the spectra corresponding to these fragments are presented on an enlarged scale.
На фиг. 2-4 верхние графики иллюстрируют сейсмические сигналы при прямолинейном пешем движении одиночного объекта.In FIG. 2-4, the upper graphs illustrate seismic signals during the rectilinear foot movement of a single object.
На фиг. 5 представлено семейство автокорреляционных функций сейсмосигнала длительностью 5 с со сдвигом 1,2 с, вычисленных по мере движения объекта в зоне обнаружения. Скорость движения объекта примерно 3,0-3,3 м/с.In FIG. 5 shows a family of autocorrelation functions of a seismic signal with a duration of 5 s with a shift of 1.2 s, calculated as the object moves in the detection zone. The speed of the object is approximately 3.0-3.3 m / s.
На фиг. 6 представлено семейство автокорреляционных функций сейсмосигнала длительностью 5 с со сдвигом 1,2 с, вычисленных по мере движения объекта в зоне обнаружения. Скорость движения объекта примерно 1,2-1,3 м/с.In FIG. Figure 6 shows a family of autocorrelation functions of a seismic signal with a duration of 5 s with a shift of 1.2 s, calculated as the object moves in the detection zone. The speed of the object is approximately 1.2-1.3 m / s.
На фиг. 7 представлено семейство автокорреляционных функций сейсмосигнала длительностью 5 с со сдвигом 1,2 с, вычисленных по мере движения объекта в зоне обнаружения. Скорость движения объекта примерно 0,6-0,7 м/с.In FIG. 7 shows a family of autocorrelation functions of a seismic signal with a duration of 5 s with a shift of 1.2 s, calculated as the object moves in the detection zone. The speed of the object is approximately 0.6-0.7 m / s.
Устройство для осуществления способа обнаружения объектов, передвигающихся по охраняемой территории, содержит (фиг. 1): (1) - преобразователь сейсмического сигнала в электрический; (2) - предварительный усилитель; (3) - регулируемый усилитель; (4) - входной аналоговый фильтр; (5) - блок цифровой обработки сейсмических сигналов (включает в себя все последующие блоки); (6) - аналого-цифровой преобразователь; (7) - цифровой полосовой фильтр; (8.1) - блок формирователя скользящего временного окна w длительности Т с; (8.2) - блок выделения импульсов сейсмического сигнала; (8.3) - блок подсчета количества импульсов заданной длительности и энергии сейсмического сигнала в скользящем временном окне w; (8.4) - блок запуска вычислителя автокорреляционных функций; (9.1) - вычислитель автокорреляционных функций; (9.2) - анализатор формы автокорреляционных функций; (10) - блок принятия решения. В частном случае блоки (8.1) - (8.4) могут быть объединены в блок подсистемы постоянного анализа сейсмических сигналов (8), а блоки (9.1) и (9.2) могут быть объединены в блок подсистемы автокорреляционного анализа сейсмических сигналов (9).A device for implementing a method for detecting objects moving in a protected area contains (Fig. 1): (1) a seismic to electrical signal converter; (2) - pre-amplifier; (3) - an adjustable amplifier; (4) - input analog filter; (5) - block for digital processing of seismic signals (includes all subsequent blocks); (6) - analog-to-digital converter; (7) - digital band-pass filter; (8.1) - shaper block of the sliding time window w of duration T s; (8.2) - seismic signal pulse block; (8.3) - a unit for counting the number of pulses of a given duration and energy of a seismic signal in a moving time window w; (8.4) - unit for starting the calculator of autocorrelation functions; (9.1) - calculator of autocorrelation functions; (9.2) - analyzer of the form of autocorrelation functions; (10) - decision block. In the particular case, blocks (8.1) - (8.4) can be combined into a block of the subsystem for continuous analysis of seismic signals (8), and blocks (9.1) and (9.2) can be combined into a block of the subsystem of autocorrelation analysis of seismic signals (9).
Предложенное устройство работает следующим образом. Выход преобразователя сейсмического сигнала в электрический (1) соединен с входом предварительного усилителя (2). Преобразованный и усиленный сейсмический сигнал подается на вход регулируемого усилителя (3), коэффициент усиления которого может меняться в диапазоне от 1 до 10 с точностью 0,4%. После прохождения двух каскадов усиления сейсмический сигнал пропускается через аналоговый низкочастотный фильтр (4), имеющий частоту среза 200 Гц, для подавления высокочастотного шума перед аналого-цифровым преобразованием. Выход фильтра (4) соединен с блоком цифровой обработки (5), а именно с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (6). После преобразования с частотой дискретизации 500 Гц аналогового сейсмического сигнала в цифровой, для увеличения отношения сигнал/шум, сигнал подается на вход цифрового фильтра (7) с полосой пропускания от 20 до 80 Гц. Полоса пропускания аналогового фильтра (4) выбрана, исходя из теоремы Котельникова, а цифрового фильтра (7) - исходя из статистического анализа экспериментальных сейсмических сигналов от проходов сквозь зону обнаружения объекта с различными скоростями, полученных авторами в различных типах грунта и при различных климатических условиях.The proposed device operates as follows. The output of the seismic to electrical signal converter (1) is connected to the input of the pre-amplifier (2). The converted and amplified seismic signal is fed to the input of an adjustable amplifier (3), the gain of which can vary in the range from 1 to 10 with an accuracy of 0.4%. After two amplification stages have passed, a seismic signal is passed through an analog low-pass filter (4) having a cutoff frequency of 200 Hz to suppress high-frequency noise before analog-to-digital conversion. The output of the filter (4) is connected to the digital processing unit (5), namely, to the input of the analog-to-digital converter (ADC) (6). After converting an analog seismic signal to digital with a sampling frequency of 500 Hz, to increase the signal-to-noise ratio, the signal is fed to the input of a digital filter (7) with a passband from 20 to 80 Hz. The passband of the analog filter (4) is selected based on the Kotelnikov theorem, and the digital filter (7) is selected on the basis of a statistical analysis of experimental seismic signals from passages through the object’s detection zone at different speeds obtained by the authors in different types of soil and under different climatic conditions.
Отфильтрованный цифровой сейсмический сигнал сохраняется в оперативной памяти блока цифровой обработки (5), формируется скользящее временное окно w, длительность которого может быть выбрана, исходя из емкости оперативной памяти блока (5), например, 5 с. Блок (8.2) выделяет в окне w сейсмические импульсы. Далее в блоке (8.3) происходит поиск и подсчет сейсмических импульсов, находящихся в окне w, шириной не менее 0,1 с и не более 0,3 с (такая длительность единичного сейсмического импульса от пешего нарушителя выбрана, исходя из анализа экспериментальных данных). Также в блоке (8.3) вычисляется энергия текущего сейсмического сигнала в окне w. Результаты вычислений блока (8.3) - количество импульсов и энергия текущего сейсмического сигнала - передаются в блок (8.4), который, сравнивая их с пороговыми значениями, при их превышении запускает работу вычислителя автокорреляционных функций (9.1). Также блок (8.4) на основе информации о средней энергии сейсмического сигнала управляет коэффициентом усиления регулируемого усилителя (3), поддерживая заданное среднее значение энергии сейсмического сигнала.The filtered digital seismic signal is stored in the RAM of the digital processing unit (5), a sliding time window w is formed, the duration of which can be selected based on the capacity of the RAM of the unit (5), for example, 5 s. Block (8.2) selects seismic pulses in window w. Then, in block (8.3), a search and counting of seismic pulses located in window w with a width of at least 0.1 s and no more than 0.3 s occurs (such a duration of a single seismic pulse from a foot intruder was selected based on an analysis of experimental data). Also in block (8.3), the energy of the current seismic signal in the window w is calculated. The calculation results of block (8.3) - the number of pulses and the energy of the current seismic signal - are transferred to block (8.4), which, comparing them with threshold values, when they are exceeded, starts the work of the calculator of autocorrelation functions (9.1). Also, block (8.4), based on information about the average energy of the seismic signal, controls the gain of the adjustable amplifier (3), maintaining a given average value of the energy of the seismic signal.
В блоке (9.1) для определения периодичности следования сейсмических импульсов начинается вычисление АКФ текущего сейсмического сигнала, находящегося во временном окне w. Вычисление АКФ выполняется со сдвигом τ секунд. Далее в блоке (9.2) анализируется форма каждой АКФ: происходит поиск первого (нецентрального) локального максимума (Rmax) и минимума (Rmin). Исходя из анализа экспериментальных данных, минимум находится на середине интервала от 0 до τmах, т.е. Rmin=R(τmax/2), где τmax - сдвиг, соответствующий первому локальному максимальному значению АКФ. Rmin также может быть определен методом перебора значений АКФ. Для анализа формы АКФ вычисляется коэффициент k - отношение, выраженное в процентах, по формуле 
Частота следования шагов, совершаемых объектом при передвижении по охраняемой территории, возрастает с увеличением скорости движения. Экспериментально было выявлено, что даже при малой скорости движения (от 0,5 до 0,6 м/с) частота следования шагов не меньше чем 1 шаг в секунду. В качестве примера на фиг. 5-7 представлены семейства АКФ, вычисленные по мере перемещения скользящего временного окна w, для разных скоростей движения объекта по охраняемой территории. Из графиков видно, что периодичность следования сейсмических импульсов по АКФ можно определить как 0,3 с (фиг. 5), 0,6 с (фиг. 6), 0,9 с (фиг. 7). Всего за время прохода объекта по охраняемой территории вычисляется N автокорреляционных функций. Размерность N, в принципе, может быть любой и ограничивается только производительностью вычислителя (9.1) и емкостью оперативной памяти блока (5).The frequency of steps taken by the object when moving around a protected area increases with increasing speed. It was experimentally revealed that even at a low speed of movement (from 0.5 to 0.6 m / s), the frequency of following the steps is not less than 1 step per second. As an example in FIG. Figures 5–7 show the ACF families calculated as the moving time window w moves for different speeds of movement of the object in the protected area. From the graphs it can be seen that the frequency of repetition of seismic pulses by ACF can be determined as 0.3 s (Fig. 5), 0.6 s (Fig. 6), 0.9 s (Fig. 7). In total, during the passage of an object through a protected area, N autocorrelation functions are calculated. The dimension N, in principle, can be any and is limited only by the performance of the computer (9.1) and the capacity of the random access memory of the block (5).
Текущее значение коэффициента k передается в блок (10), который сохраняет его в оперативной памяти и формирует последовательность из коэффициентов k, обновляемых по мере движения объекта по охраняемой территории. Для принятия решения о присутствии объекта на данной территории в блоке (10) по заданному количеству k выполняется вычисление среднего арифметического значения kср и сравнение этого значения с заданным пороговым значением, при превышении которого может выдаваться сигнал «Тревога». Заданное значение k определяется в соответствии с площадью и контуром охраняемой территории. Также количество значений k может подсчитываться и усредняться за все время прохода объекта по охраняемой территории, то есть пока в скользящем временном окне находятся сейсмические импульсы.The current value of the coefficient k is transmitted to block (10), which stores it in RAM and forms a sequence of coefficients k, updated as the object moves through the protected area. To make a decision about the presence of an object in a given territory in block (10) for a given quantity k, the arithmetic mean value k cf is calculated and this value is compared with a given threshold value, above which an “Alarm” signal can be generated. The set value of k is determined in accordance with the area and contour of the protected area. Also, the number of values of k can be calculated and averaged over the entire time the object passes through the protected area, that is, as long as seismic pulses are in the moving time window.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131735A RU2623842C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Method of objects detection, moving along the protected area, and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131735A RU2623842C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Method of objects detection, moving along the protected area, and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2623842C1 true RU2623842C1 (en) | 2017-06-29 |
Family
ID=59312310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016131735A RU2623842C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Method of objects detection, moving along the protected area, and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2623842C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3696369A (en) * | 1970-12-02 | 1972-10-03 | Sylvania Electric Prod | Signal processor |
| US4975891A (en) * | 1970-02-13 | 1990-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Vehicle sensing device and method |
| RU2165629C1 (en) * | 2000-01-05 | 2001-04-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Method of detection of moving objects on line protected |
| RU2212691C1 (en) * | 2002-11-28 | 2003-09-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Adaptive facility to detect and classify seismic signals |
| US7573384B2 (en) * | 2004-11-12 | 2009-08-11 | Giorgio Tonelli | Method and system for detecting attempts at malicious action against an installation under surveillance |
| RU2365945C1 (en) * | 2008-07-09 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method for detection of moving objects by seismic signal |
-
2016
- 2016-08-01 RU RU2016131735A patent/RU2623842C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4975891A (en) * | 1970-02-13 | 1990-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Vehicle sensing device and method |
| US3696369A (en) * | 1970-12-02 | 1972-10-03 | Sylvania Electric Prod | Signal processor |
| RU2165629C1 (en) * | 2000-01-05 | 2001-04-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Method of detection of moving objects on line protected |
| RU2212691C1 (en) * | 2002-11-28 | 2003-09-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Adaptive facility to detect and classify seismic signals |
| US7573384B2 (en) * | 2004-11-12 | 2009-08-11 | Giorgio Tonelli | Method and system for detecting attempts at malicious action against an installation under surveillance |
| RU2365945C1 (en) * | 2008-07-09 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method for detection of moving objects by seismic signal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100580643B1 (en) | Appratuses and methods for detecting and discriminating acoustical impact | |
| CN102680860B (en) | Automatic fault-point locating method for traveling-wave based fault location of high-voltage electric power lines | |
| CA2369989A1 (en) | Apparatus and method for a digital, wideband, intercept and analysis processor for frequency hopping signals | |
| Lenton et al. | Climate bifurcation during the last deglaciation? | |
| CN105223614B (en) | A kind of signals and associated noises P ripple first arrival kurtosis pick-up methods based on DWT_STA/LTA | |
| CN106052852B (en) | A kind of detection method and device of pulse acoustical signal | |
| CN105223481B (en) | Partial-discharge ultrahigh-frequency signal initial time based on difference energy function determines method | |
| KR100780470B1 (en) | Adaptive target signal discrimination of surveillance radar | |
| CN110196448B (en) | Landslide infrasound signal identification method | |
| CN111024207B (en) | Automatic detection and judgment method for vector hydrophone line spectrum | |
| CN105071830B (en) | A kind of detection recognition method of direct sequence signal | |
| CN113567969B (en) | Illegal sand dredger automatic monitoring method and system based on underwater acoustic signals | |
| CN107044883A (en) | Barrier lake bursts monitoring and pre-alarming method | |
| Zhu et al. | Low frequency acoustic signals associated with rock falls, thunderstorms, and wind turbulences in field environment | |
| CN115061203A (en) | Mine single-channel microseismic signal noise reduction method based on frequency domain singular value decomposition and application | |
| CN110146922B (en) | Single-double seismometer interference identification method for high-speed railway earthquake early warning system | |
| Ferroudj et al. | Detection of rain in acoustic recordings of the environment | |
| CN109596354B (en) | Band-pass filtering method based on self-adaptive resonance frequency band identification | |
| RU2623842C1 (en) | Method of objects detection, moving along the protected area, and device for its implementation | |
| JP6056527B2 (en) | Intruder detection device | |
| CN104977602A (en) | Control method and apparatus for earthquake data acquisition construction | |
| CN108490311B (en) | Weak impact signal extraction and separation method based on power frequency sampling | |
| RU2365945C1 (en) | Method for detection of moving objects by seismic signal | |
| CN116736051A (en) | GIS insulation defect intelligent diagnosis method, device, equipment and storage medium | |
| RU2697021C1 (en) | Method for providing required probability of false triggering of seismic signal classification device |