專利名稱：光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及周界安防領(lǐng)域，且特別涉及一種應(yīng)用于周界安防領(lǐng)域的光纖振 動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前，應(yīng)用于周界報警的安防系統(tǒng)主要包括微波報警系統(tǒng)、主動紅外報 警系統(tǒng)、泄露電纜周界報警系統(tǒng)、靜電感應(yīng)周界報警系統(tǒng)以及攝像機視頻識別 系統(tǒng)等。但上述傳統(tǒng)的周界報警系統(tǒng)應(yīng)用在長距離條件下的監(jiān)控時，就會存在 很多的問題。例如微波報警系統(tǒng)或主動紅外報警系統(tǒng)等監(jiān)控方式只能適用于視 距及平坦區(qū)域，受地形的高低、曲折、轉(zhuǎn)彎、折彎等環(huán)境因素影響很大，而且 它們不適合惡劣氣候，易受自然氣候影響，準(zhǔn)確率也較低。同時由于傳感器單 元一般是有源的，所以在長距離監(jiān)測的情況下，難以解決野外供電的問題，傳 感器單元的壽命也較短，在長時間連續(xù)使用的情況下，設(shè)備的維護成本也較高。
因此，全光纖可定位的周界報警系統(tǒng)作為全新的安防設(shè)備，具有明顯的優(yōu) 勢。報警系統(tǒng)分為室外監(jiān)控光纜和綜合處理設(shè)備兩部分。綜合處理設(shè)備位于監(jiān) 控室機房內(nèi)，按功能來劃分，可以由光源、光路輸出模塊、光電轉(zhuǎn)換電路、模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊及報警模塊組成。其工作過程為光源在光源 驅(qū)動電路的控制下，發(fā)出的光經(jīng)光路輸出模塊處理后進入室外監(jiān)控光纜；室外 監(jiān)控光纜返回的光到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路之后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理模塊進 行處理；之后進行分析并識別出擾動信號，然后再i^艮據(jù)對擾動信號的分析結(jié)果 進行相應(yīng)的報警操作。
現(xiàn)有技術(shù)中，采用市面上成熟的采集卡，把經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理模 塊處理過的數(shù)據(jù)采集到PC機上，利用PC機進行處理，這類采集卡功能單一， 僅僅完成數(shù)據(jù)采集功能，沒有處理功能，同時PC機處理是采用軟件處理方法， 而軟件處理方法速度慢，針對此系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，處理算法比較復(fù)雜的特點，無法實時實現(xiàn)，存在數(shù)據(jù)丟失的缺點，從而造成系統(tǒng)存在漏報的事實。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，應(yīng)用于周界安防領(lǐng)域的
定位型分布式振動傳器系統(tǒng)(Position Distributed Vibration Sensor, PDVS )的電 子學(xué)信號處理系統(tǒng)，能夠有效的對入侵事件產(chǎn)生報警，滿足系統(tǒng)實時性要求， 提高系統(tǒng)的處理性能，并且降低漏報率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，所 述光纖振動處理器系統(tǒng)包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板、信號處理器、協(xié)處理器、第一存 儲器和第二存儲器，該方法包括下列步驟
步驟S10:所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板對采集得到的模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
步驟S20:所述信號處理器采集模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的輸出數(shù)據(jù)，并對其進行實 時橫向平均處理，將處理完畢后的數(shù)據(jù)寫入第一存儲器；
之后進行步驟S30:所述信號處理器縱向讀取第一存儲器中的數(shù)據(jù)，并對每 一列數(shù)據(jù)傅里葉變換處理，將處理完畢的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)處理器；
進行步驟S30的同時進行步驟S40:所述信號處理器采集模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的 輸出數(shù)據(jù)，并對其進行實時橫向平均處理，將處理完畢后的數(shù)據(jù)寫入第二存儲 器；
之后進行步驟S50:所述信號處理器縱向讀取第二存儲器中的數(shù)據(jù)，并對每 一列數(shù)據(jù)傅里葉變換處理，將處理完畢的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)處理器；
步驟S30和步驟S50處理完畢后進行步驟S60:所述協(xié)處理器對經(jīng)過傅里葉 變換處理的it據(jù)進行判決，并將判決結(jié)果發(fā)回信號處理器；
步驟S70:所述信號處理器將判決結(jié)果通過接口傳輸?shù)缴衔粰C。
進一步的，所述信號處理器為FPGA信號處理器。
進一步的，所述協(xié)處理器為DSP數(shù)字信號處理器。
進一步的，所述傅里葉變換處理為快速傅里葉變換。
進一步的，所述協(xié)處理器采用支持向量機算法判決和區(qū)分振動事件。
進一步的，所述接口為PCI接口。
本發(fā)明提出的光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，這種方法利用當(dāng)今器件的性能優(yōu)勢結(jié)合一種最優(yōu)的設(shè)計方案來實現(xiàn)。處理速度的提高靠PC軟件來實現(xiàn)是
有限的，最有效的方法是采用硬件來實現(xiàn)關(guān)^r定算法的處理，但是硬件處理的缺
點是硬件資源比較緊缺，尤其是存儲空間有限；為了解決這個關(guān)鍵問題，本發(fā) 明采用大規(guī)模高性能FPGA+DSP結(jié)構(gòu)，這種方案的優(yōu)點在于FPGA不僅并行 處理能力強，而且處理速度快(硬件處理)，所以把運算量大或速度要求苛刻的 算法放在FPGA里面實現(xiàn)；而DSP的優(yōu)勢在于處理比較復(fù)雜的算法(例如SVM 算法)，因此利用FPGA和DSP結(jié)合，可以大幅度提高系統(tǒng)的處理性能，同時滿 足系統(tǒng)實時性要求，并且降低漏報率。


圖1所示為本發(fā)明較佳實施例光纖振動處理器系統(tǒng)示意圖。
圖2所示為本發(fā)明較佳實施例光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法流程圖。
圖3所示為本發(fā)明較佳實施例光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法原理圖。
具體實施例方式
為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
本發(fā)明提出 一種光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，應(yīng)用于周界安防領(lǐng)域的 定位型分布式振動傳器系統(tǒng)(Position Distributed Vibration Sensor, PDVS )的電 子學(xué)信號處理系統(tǒng)，能夠有效的對入侵事件產(chǎn)生報警，滿足系統(tǒng)實時性要求， 提高系統(tǒng)的處理性能，并且降低漏報率。
請參考圖1，圖1所示為本發(fā)明較佳實施例光纖振動處理器系統(tǒng)示意圖。本 發(fā)明提出一種光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，所述光纖振動處理器系統(tǒng)包括 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板100、信號處理器200、協(xié)處理器300、第一存儲器410和第二 存儲器420。所述信號處理器200為現(xiàn)場可編程門陣列(Field - Programmable Gate Array, FPGA)信號處理器，所述協(xié)處理器300為DSP數(shù)字信號處理器 (Digital Signal Processing, DSP )。
再請參考圖2,圖2所示為本發(fā)明較佳實施例光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方 法流程圖。為了保證系統(tǒng)的實時性，采用乒乓Ram的存儲結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的 光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法包括下列步驟步驟S10:所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板對采集得到的模擬信號進行4莫數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟S20:所述信號處理器采集模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的輸出數(shù)據(jù)，并對其進行實 時橫向平均處理，將處理完畢后的數(shù)據(jù)寫入第一存儲器；采用的技術(shù)是流水線 技術(shù)， 一共需要采集和處理M組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)量為N個，M組數(shù)據(jù)中每組數(shù) 據(jù)對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)是相互關(guān)聯(lián)的。由于系統(tǒng)接收到的光電信號噪聲比較大，為 了提高信噪比，所以采用橫向平均方法，例如橫向k點平均，則原來每組數(shù)據(jù) 有N個數(shù)據(jù)，橫向平均之后，數(shù)據(jù)量被壓縮到每組N/k個數(shù)據(jù)。
之后進行步驟S30:所述信號處理器縱向讀取第一存儲器中的數(shù)據(jù)，并對每 一列數(shù)據(jù)傅里葉變換處理，將處理完畢的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)處理器；所述傅里葉變 換處理為快速傅里葉變換(FFT)，把橫向平均結(jié)杲按列讀出就得到每一個位置 的一組數(shù)據(jù)，每組M個數(shù)據(jù)，共N組。對每組數(shù)據(jù)做FFT，其結(jié)果輸出到SVM 算法模塊。
進行步驟S30的同時進行步驟S40:所述信號處理器采集模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的 輸出數(shù)據(jù)，并對其進行實時橫向平均處理，將處理完畢后的凄t據(jù)寫入第二存儲 器；同樣一共需要采集和處理M組數(shù)據(jù)。
之后進行步驟S50:所述信號處理器縱向讀取第二存儲器中的數(shù)據(jù)，并對每 一列數(shù)據(jù)傅里葉變換處理，將處理完畢的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)處理器；所述傅里葉變 換處理為快速傅里葉變換(FFT)，把橫向平均結(jié)果按列讀出就得到每一個位置 的一組數(shù)據(jù)，每組M個數(shù)據(jù)，共N組。對每組數(shù)據(jù)做FFT，其結(jié)果輸出到SVM 算法模塊。
步驟S30和步驟S50處理完畢后進行步驟S60:所述協(xié)處理器對經(jīng)過傅里葉 變換處理的數(shù)據(jù)進行判決，并將判決結(jié)果發(fā)回信號處理器；所述協(xié)處理器采用 支持向量機算法判決和區(qū)分振動事件，SVM (Support Vector Machine)算法是 用于機器學(xué)習(xí)和機器訓(xùn)練的一個有效算法，本系統(tǒng)用于判決和區(qū)分振動事件。 對傳輸過來的每一組FFT結(jié)果用SVM算法做判決，并把每組的判決結(jié)果暫存起 來，如果做完了N組判決，將判決結(jié)果發(fā)回信號處理器。
步驟S70:所迷信號處理器將判決結(jié)果通過接口傳輸?shù)缴衔粰C；信號處理器 將發(fā)過來的N組判決結(jié)果通過PCI接口傳輸?shù)缴衔粰C上層應(yīng)用軟件。
重復(fù)進行上述步驟的處理，直到系統(tǒng)停止運行。參考圖3,圖3所示為本發(fā)明較佳實施例光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法原 理圖。從存儲器RAM中縱向讀出數(shù)據(jù)后，在FPGA里進行FFT處理，將結(jié)果 傳輸至DSP進行SVM判決，再將判決結(jié)果通過FPGA輸出至上位機。
綜上所述，本發(fā)明提出的光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，這種方法利用 當(dāng)今器件的性能優(yōu)勢結(jié)合一種最優(yōu)的設(shè)計方案來實現(xiàn)。處理速度的提高靠PC軟 件來實現(xiàn)是有限的，最有效的方法是采用硬件來實現(xiàn)關(guān)鍵算法的處理，但是硬 件處理的缺點是硬件資源比較緊缺，尤其是存儲空間有限；為了解決這個關(guān)鍵 問題，本發(fā)明采用大規(guī)模高性能FPGA+DSP結(jié)構(gòu)，這種方案的優(yōu)點在于FPGA 不僅并行處理能力強，而且處理速度快(硬件處理)，所以把運算量大或速度要 求苛刻的算法放在FPGA里面實現(xiàn)；而DSP的優(yōu)勢在于處理比較復(fù)雜的算法(例 如SVM算法)，因此利用FPGA和DSP結(jié)合，可以大幅度提高系統(tǒng)的處理性能， 同時滿足系統(tǒng)實時性要求，并且降低漏報率。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明 所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各 種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，所述光纖振動處理器系統(tǒng)包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板、信號處理器、協(xié)處理器、第一存儲器和第二存儲器，其特征在于，該方法包括下列步驟步驟S10所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板對采集得到的模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；步驟S20所述信號處理器采集模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的輸出數(shù)據(jù)，并對其進行實時橫向平均處理，將處理完畢后的數(shù)據(jù)寫入第一存儲器；之后進行步驟S30所述信號處理器縱向讀取第一存儲器中的數(shù)據(jù)，并對每一列數(shù)據(jù)傅里葉變換處理，將處理完畢的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)處理器；進行步驟S30的同時進行步驟S40所述信號處理器采集模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的輸出數(shù)據(jù)，并對其進行實時橫向平均處理，將處理完畢后的數(shù)據(jù)寫入第二存儲器；之后進行步驟S50所述信號處理器縱向讀取第二存儲器中的數(shù)據(jù)，并對每一列數(shù)據(jù)傅里葉變換處理，將處理完畢的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)處理器；步驟S30和步驟S50處理完畢后進行步驟S60所述協(xié)處理器對經(jīng)過傅里葉變換處理的數(shù)據(jù)進行判決，并將判決結(jié)果發(fā)回信號處理器；步驟S70所述信號處理器將判決結(jié)果通過接口傳輸?shù)缴衔粰C。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于， 所述信號處理器為FPGA信號處理器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于， 所述協(xié)處理器為DSP數(shù)字信號處理器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于， 所述傅里葉變換處理為快速傅里葉變換。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于， 所述協(xié)處理器采用支持向量機算法判決和區(qū)分振動事件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于， 所述接口為PCI接口。
全文摘要
本發(fā)明提出一種光纖振動處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，應(yīng)用于周界安防領(lǐng)域的定位型分布式振動傳器系統(tǒng)的電子學(xué)信號處理系統(tǒng)，能夠有效的對入侵事件產(chǎn)生報警。本發(fā)明采用大規(guī)模高性能FPGA+DSP結(jié)構(gòu)，這種方案的優(yōu)點在于FPGA不僅并行處理能力強，而且處理速度快(硬件處理)，所以把運算量大或速度要求苛刻的算法放在FPGA里面實現(xiàn)；而DSP的優(yōu)勢在于處理比較復(fù)雜的算法(例如SVM算法)，因此利用FPGA和DSP結(jié)合，可以大幅度提高系統(tǒng)的處理性能，同時滿足系統(tǒng)實時性要求，并且降低漏報率。
文檔編號G08B13/18GK101639963SQ200910195188
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者仝芳軒, 亮 劉, 周正仙, 剛 席, 魏 皋, 正 黃 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司