基于混合特征提取的光纤周界安防入侵事件识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合特征提取的光纤周界安防入侵事件识别方法，该方法可以兼顾高精度和高效率：首先对输入信号进行端点检测，判断出扰动的起始点；然后将由起始端点触发后的信号并行馈入所提出的滤波器组各个通道进行预处理，由各通道的输出计算得到各通道的峭度值，再结合扰动信号的过零率组成混合特征向量；最后将此向量馈入SVM进行模式识别，实现对侵犯动作快速高精度的分类识别。

Identification method of optical fiber perimeter security intrusion event based on hybrid feature extraction

The invention discloses a fiber optic security hybrid feature extraction of intrusion event recognition method based on this method, which can satisfy the high precision and high efficiency: the first endpoint detection of the input signal, the starting point of judging disturbance; then the signal triggered by the start point after each channel into parallel filter banks proposed pretreatment each channel, kurtosis value by the output of each channel is calculated, combined with the perturbation signal zero crossing rate to form a hybrid feature vector; finally the vector infeed SVM pattern recognition, realization of the infringement action fast classification with high accuracy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字信号处理
，具体的说，是涉及在DMZI光纤周界安防系统中对入侵事件进行准确的识别方法。
技术介绍
随着光导纤维和光纤通信技术[1]的不断成熟，光纤传感器[2]的应用得到了快速发展。基于光纤传感技术的周界安防系统[3]也在安防领域逐渐被人们重视。与传统的红外线[4]、电子围栏[5]和激光[6]等安防系统相比，光纤传感系统对压力和振动更敏感，且兼备传感和信号传输的功能，能够对直接触及或间接传递给光纤的各种扰动进行实时监控，将传感光纤上的微小振动转化为电信号传递给信号处理终端进行分析处理和智能识别，对监控区域内的入侵行为实现分类。作为一种相位调制的光纤传感器[7]，双Mach-Zehnder干涉仪(dualMach-Zehnderinterferometer,DMZI)结构在检测扰动事件方面具有高灵敏度和快速反应的特点，而且还可以实时定位。这些优点使得DMZI分布式光纤传感器具有广泛应用。目前，入侵模式识别的研究仍然是一项亟需解决的难题，因为目前仍然没有一种方法能够兼顾分类的准确性和高效性。文献[10]提出了一种基于小波包分解的方法，该方法提取各个频带的能量作为特征向量，并且将此特征向量通过支持向量机(SupportVectorMachine,SVM)，可以识别出三类入侵事件。但是，这种方法的耗时以及运算量会随着分解层数增加而成指数增长，而且识别错误率比较高，不容易做到灵活配置，故难以满足安防系统的要求。文献[11]提出了一种基于经验模式分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)的特征提取方法，该方法利用将入侵信号分成多个固有模态函数(IntrinsicModeFunction,IMFs)，这种方法可以准确地分出四类入侵事件。但是，为了获得各个固有模态函数，EMD方法不得经历多次的迭代过程因此产生巨大的计算量，降低了效率。参考文献：[1]MynbaevDK,ScheinerLL.Fiber-opticcommunicationstechnology[M].PrenticeHall,2001.[2]光电子学与光纤传感器技术[M].北京：国防工业出版社,2003.[3]RangaswamyS,vanDoornE.Perimetersecuritysystem:U.S.Patent8,232,878[P].2012-7-31.[4]于胜云,孙胜利.多路无线红外探测智能安防系统设计[J].激光与红外,2008,38(4):345-347.[5]樊治敏.张力式电子围栏周界防范报警系统设计原理及应用现状[J].中国安防,2008(3):42-45.[6]刘娟,陈网财.智能化住宅小区安防系统设计的探讨[J].中国科技博览,2010(7):228-229.[7]XieS,ZouQ,WangL,etal.PositioningerrorpredictiontheoryfordualMach–Zehnderinterferometricvibrationsensor[J].JournalofLightwaveTechnology,2011,29(3):362-368.[8]SzustakowskiM,CiurapinskiW,PalkaN,etal.Recentdevelopmentoffiberopticsensorsforperimetersecurity[C].SecurityTechnology,2001IEEE35thInternationalCarnahanConferenceon.IEEE,2001:142-148.[9]姜礼平,龚沈光,胡伟文.一种基于小波分解的信号特征提取方法[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2003,27(3):358-360.[10]L.Liu,W.Sun,Y.Zhou,Y.Li,J.Zheng,andB.Ren,“Securityeventclassificationmethodforfiber-opticperimetersecuritysystembasedonoptimizedincrementalsupportvectormachine,”inPatternRecognition.Springer,2014,pp.595–603.[11]K.Liu,M.Tian,T.Liu,J.Jiang,Z.Ding,Q.Chen,C.Ma,C.He,H.Hu,andX.Zhang,“Ahigh-efficiencymultipleeventsdiscriminationmethodinopticalfiberperimetersecuritysystem,”IEEEJ.Lightw.Technol.,vol.33,no.23,pp.4885–4890,2015.
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，本专利技术以双Mach-Zehnder分布式光纤传感系统为背景，提出一种基于混合特征提取的入侵事件识别方法，该方法可以兼顾高精度和高效率：首先对输入信号进行端点检测，判断出扰动的起始点；然后将由起始端点触发后的信号并行馈入所提出的滤波器组各个通道进行预处理，由各通道的输出计算得到各通道的峭度值，再结合扰动信号的过零率组成混合特征向量；最后将此向量馈入SVM进行模式识别，实现对侵犯动作快速高精度的分类识别。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：基于混合特征提取的光纤周界安防入侵事件识别方法，用于双Mach-Zehnder分布式光纤传感系统，由DSP作为核心器件，具体包括以下各个步骤：步骤1：根据应用需求，设置全相位滤波器阶数N、滤波器通带起始位置p与通带宽度m；步骤2，初始化：对多组非入侵样本进行FFT分析，以此确定环境的截止频率fe，利用fe、入侵事件的上界频率fu、子滤波器个数Q和滤波器组频率向量长度N得到Q个子滤波器系数向量hq(q＝0,…,Q-1)；步骤3，基于滤波器组的预处理，包括以下步骤：(1)将长为2N-1的输入信号x(n+N-1),…,x(n-N+1)两两相加(中心信号x(n)除外)，得到长度为N的数据向量x＝[x(n),x(n+1)+x(n-1),…,x(n+N-1)+x(n-N+1)]；(2)用一个长度为N的卷积窗[wc(0),wc(1),…,wc(N‐1)]与当前时刻的数据向量x对应元素相乘，得到新的向量v＝[v0(n),v1(n),…,vN‐1(n)]；(3)用Q个子通道滤波器系数向量hq＝[hq(0),hq(1),…,hq(N‐1)](q＝0,…,Q‐1)并行对{vm(n),m＝0,...,N‐1本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于混合特征提取的光纤周界安防入侵事件识别方法，用于双Mach‑Zehnder分布式光纤传感系统，其特征在于，由DSP作为核心器件，具体包括以下各个步骤：步骤1：根据应用需求，设置全相位滤波器阶数N、滤波器通带起始位置p与通带宽度m；步骤2，初始化：对多组非入侵样本进行FFT分析，以此确定环境的截止频率fe，利用fe、入侵事件的上界频率fu、子滤波器个数Q和滤波器组频率向量长度N得到Q个子滤波器系数向量hq(q＝0,…,Q‑1)；步骤3，基于滤波器组的预处理，包括以下步骤：(1)将长为2N‑1的输入信号x(n+N‑1),…,x(n‑N+1)两两相加(中心信号x(n)除外)，得到长度为N的数据向量x＝[x(n),x(n+1)+x(n‑1),…,x(n+N‑1)+x(n‑N+1)]；(2)用一个长度为N的卷积窗[wc(0),wc(1),…,wc(N‐1)]与当前时刻的数据向量x对应元素相乘，得到新的向量v＝[v0(n),v1(n),…,vN‐1(n)]；(3)用Q个子通道滤波器系数向量hq＝[hq(0),hq(1),…,hq(N‐1)](q＝0,…,Q‐1)并行对{vm(n),m＝0,...,N‐1}做乘累加，同时获得Q个滤波输出结果yq(n)(q＝0,…,Q‐1)；步骤4，构造混合特征向量，包括以下步骤：a.计算每个输出y0(n),...,yQ‑1(n)的峭度值得到归一化的峭度值K0,...,KQ‑1；b.计算输入信号x(n)的过零率ZCR，由此构造得到一个长度为(Q+1)的特征向量F＝[K0,...,KQ‑1,ZCR]；步骤5：将已知类别的入侵事件特征向量以及对应的标签馈入SVM模式分类器训练，将未知类别入侵事件的特征向量送入训练好的SVM模式分类器，从而实现入侵事件识别。...

【技术特征摘要】
1.基于混合特征提取的光纤周界安防入侵事件识别方法，用于双Mach-Zehnder分布式光纤传感系统，其特征在于，由DSP作为核心器件，具体包括以下各个步骤：步骤1：根据应用需求，设置全相位滤波器阶数N、滤波器通带起始位置p与通带宽度m；步骤2，初始化：对多组非入侵样本进行FFT分析，以此确定环境的截止频率fe，利用fe、入侵事件的上界频率fu、子滤波器个数Q和滤波器组频率向量长度N得到Q个子滤波器系数向量hq(q＝0,…,Q-1)；步骤3，基于滤波器组的预处理，包括以下步骤：(1)将长为2N-1的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄翔东，王越冬，刘铁根，刘琨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12