光纤振动处理器***的实现方法
技术领域
本发明涉及周界安防领域,且特别涉及一种应用于周界安防领域的光纤振动处理器***的实现方法。
背景技术
目前,应用于周界报警的安防***主要包括:微波报警***、主动红外报警***、泄露电缆周界报警***、静电感应周界报警***以及摄像机视频识别***等。但上述传统的周界报警***应用在长距离条件下的监控时,就会存在很多的问题。例如微波报警***或主动红外报警***等监控方式只能适用于视距及平坦区域,受地形的高低、曲折、转弯、折弯等环境因素影响很大,而且它们不适合恶劣气候,易受自然气候影响,准确率也较低。同时由于传感器单元一般是有源的,所以在长距离监测的情况下,难以解决野外供电的问题,传感器单元的寿命也较短,在长时间连续使用的情况下,设备的维护成本也较高。
因此,全光纤可定位的周界报警***作为全新的安防设备,具有明显的优势。报警***分为室外监控光缆和综合处理设备两部分。综合处理设备位于监控室机房内,按功能来划分,可以由光源、光路输出模块、光电转换电路、模数转换模块、数字信号处理模块及报警模块组成。其工作过程为:光源在光源驱动电路的控制下,发出的光经光路输出模块处理后进入室外监控光缆;室外监控光缆返回的光到达光电转换电路之后,经模数转换和数字信号处理模块进行处理;之后进行分析并识别出扰动信号,然后再根据对扰动信号的分析结果进行相应的报警操作。
现有技术中,采用市面上成熟的采集卡,把经模数转换和数字信号处理模块处理过的数据采集到PC机上,利用PC机进行处理,这类采集卡功能单一,仅仅完成数据采集功能,没有处理功能,同时PC机处理是采用软件处理方法,而软件处理方法速度慢,针对此***数据量大,处理算法比较复杂的特点,无法实时实现,存在数据丢失的缺点,从而造成***存在漏报的事实。
发明内容
本发明提出一种光纤振动处理器***的实现方法,应用于周界安防领域的定位型分布式振动传器***(Position Distributed Vibration Sensor,PDVS)的电子学信号处理***,能够有效的对入侵事件产生报警,满足***实时性要求,提高***的处理性能,并且降低漏报率。
为了达到上述目的,本发明提出一种光纤振动处理器***的实现方法,所述光纤振动处理器***包括模拟数字转换板、信号处理器、协处理器、第一存储器和第二存储器,该方法包括下列步骤:
步骤S10:所述模拟数字转换板对采集得到的模拟信号进行模数转换;
步骤S20:所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据,并对其进行实时横向平均处理,将处理完毕后的数据写入第一存储器;
之后进行步骤S30:所述信号处理器纵向读取第一存储器中的数据,并对每一列数据傅里叶变换处理,将处理完毕的数据传输给协处理器;
进行步骤S30的同时进行步骤S40:所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据,并对其进行实时横向平均处理,将处理完毕后的数据写入第二存储器;
之后进行步骤S50:所述信号处理器纵向读取第二存储器中的数据,并对每一列数据傅里叶变换处理,将处理完毕的数据传输给协处理器;
步骤S30和步骤S50处理完毕后进行步骤S60:所述协处理器对经过傅里叶变换处理的数据进行判决,并将判决结果发回信号处理器;
步骤S70:所述信号处理器将判决结果通过接口传输到上位机。
进一步的,所述信号处理器为FPGA信号处理器。
进一步的,所述协处理器为DSP数字信号处理器。
进一步的,所述傅里叶变换处理为快速傅里叶变换。
进一步的,所述协处理器采用支持向量机算法判决和区分振动事件。
进一步的,所述接口为PCI接口。
本发明提出的光纤振动处理器***的实现方法,这种方法利用当今器件的性能优势结合一种最优的设计方案来实现。处理速度的提高靠PC软件来实现是有限的,最有效的方法是采用硬件来实现关键算法的处理,但是硬件处理的缺点是硬件资源比较紧缺,尤其是存储空间有限;为了解决这个关键问题,本发明采用大规模高性能FPGA+DSP结构,这种方案的优点在于:FPGA不仅并行处理能力强,而且处理速度快(硬件处理),所以把运算量大或速度要求苛刻的算法放在FPGA里面实现;而DSP的优势在于处理比较复杂的算法(例如SVM算法),因此利用FPGA和DSP结合,可以大幅度提高***的处理性能,同时满足***实时性要求,并且降低漏报率。
附图说明
图1所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器***示意图。
图2所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器***的实现方法流程图。
图3所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器***的实现方法原理图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
本发明提出一种光纤振动处理器***的实现方法,应用于周界安防领域的定位型分布式振动传器***(Position Distributed Vibration Sensor,PDVS)的电子学信号处理***,能够有效的对入侵事件产生报警,满足***实时性要求,提高***的处理性能,并且降低漏报率。
请参考图1,图1所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器***示意图。本发明提出一种光纤振动处理器***的实现方法,所述光纤振动处理器***包括模拟数字转换板100、信号处理器200、协处理器300、第一存储器410和第二存储器420。所述信号处理器200为现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGate Array,FPGA)信号处理器,所述协处理器300为DSP数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)。
再请参考图2,图2所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器***的实现方法流程图。为了保证***的实时性,采用乒乓Ram的存储结构。本发明提出的光纤振动处理器***的实现方法包括下列步骤:
步骤S10:所述模拟数字转换板对采集得到的模拟信号进行模数转换;
步骤S20:所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据,并对其进行实时横向平均处理,将处理完毕后的数据写入第一存储器;采用的技术是流水线技术,一共需要采集和处理M组数据,每组数据量为N个,M组数据中每组数据对应位置的数据是相互关联的。由于***接收到的光电信号噪声比较大,为了提高信噪比,所以采用横向平均方法,例如横向k点平均,则原来每组数据有N个数据,横向平均之后,数据量被压缩到每组N/k个数据。
之后进行步骤S30:所述信号处理器纵向读取第一存储器中的数据,并对每一列数据傅里叶变换处理,将处理完毕的数据传输给协处理器;所述傅里叶变换处理为快速傅里叶变换(FFT),把横向平均结果按列读出就得到每一个位置的一组数据,每组M个数据,共N组。对每组数据做FFT,其结果输出到SVM算法模块。
进行步骤S30的同时进行步骤S40:所述信号处理器采集模拟数字转换板的输出数据,并对其进行实时横向平均处理,将处理完毕后的数据写入第二存储器;同样一共需要采集和处理M组数据。
之后进行步骤S50:所述信号处理器纵向读取第二存储器中的数据,并对每一列数据傅里叶变换处理,将处理完毕的数据传输给协处理器;所述傅里叶变换处理为快速傅里叶变换(FFT),把横向平均结果按列读出就得到每一个位置的一组数据,每组M个数据,共N组。对每组数据做FFT,其结果输出到SVM算法模块。
步骤S30和步骤S50处理完毕后进行步骤S60:所述协处理器对经过傅里叶变换处理的数据进行判决,并将判决结果发回信号处理器;所述协处理器采用支持向量机算法判决和区分振动事件,SVM(Support Vector Machine)算法是用于机器学习和机器训练的一个有效算法,本***用于判决和区分振动事件。对传输过来的每一组FFT结果用SVM算法做判决,并把每组的判决结果暂存起来,如果做完了N组判决,将判决结果发回信号处理器。
步骤S70:所述信号处理器将判决结果通过接口传输到上位机;信号处理器将发过来的N组判决结果通过PCI接口传输到上位机上层应用软件。
重复进行上述步骤的处理,直到***停止运行。
参考图3,图3所示为本发明较佳实施例光纤振动处理器***的实现方法原理图。从存储器RAM中纵向读出数据后,在FPGA里进行FFT处理,将结果传输至DSP进行SVM判决,再将判决结果通过FPGA输出至上位机。
综上所述,本发明提出的光纤振动处理器***的实现方法,这种方法利用当今器件的性能优势结合一种最优的设计方案来实现。处理速度的提高靠PC软件来实现是有限的,最有效的方法是采用硬件来实现关键算法的处理,但是硬件处理的缺点是硬件资源比较紧缺,尤其是存储空间有限;为了解决这个关键问题,本发明采用大规模高性能FPGA+DSP结构,这种方案的优点在于:FPGA不仅并行处理能力强,而且处理速度快(硬件处理),所以把运算量大或速度要求苛刻的算法放在FPGA里面实现;而DSP的优势在于处理比较复杂的算法(例如SVM算法),因此利用FPGA和DSP结合,可以大幅度提高***的处理性能,同时满足***实时性要求,并且降低漏报率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。