本發(fā)明涉及微波感應(yīng)，具體為一種用于微波感應(yīng)燈的信號處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、微波感應(yīng)燈通過發(fā)射電磁波，當(dāng)電磁波碰到附近有移動的物體，反射折回，將微波變化波形傳輸至檢測模塊進行檢測，從而控制微波感應(yīng)燈的開關(guān)燈狀態(tài)。

2、傳統(tǒng)的燈具控制往往通過聲控技術(shù)和紅外感應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)，聲控?zé)舨粌H觸發(fā)方式麻煩，而且誤觸發(fā)率高，容易造成能源浪費；紅外感應(yīng)燈雖然觸發(fā)的準(zhǔn)確率相較于聲控?zé)粲辛撕艽筇嵘?，但容易受到障礙物以及環(huán)境帶來的影響。

3、公開號為cn110567498a的中國發(fā)明申請，公開了一種自適應(yīng)微波感應(yīng)器信號處理方法，通過設(shè)計單片機程序檢測感應(yīng)信號，并計算感應(yīng)信號的頻譜值，同時收集無效的頻譜能量，根據(jù)無效頻譜能量，設(shè)置信號觸發(fā)的門限值，實現(xiàn)微波感應(yīng)器的照明工作，沒有設(shè)計照明工作后微波感應(yīng)器的延時情況，容易導(dǎo)致不必要的能源浪費，同時通過采集數(shù)據(jù)設(shè)置信號觸發(fā)的門限值，不具有代表性，無法保證微波感應(yīng)器發(fā)出指令的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、為解決背景技術(shù)中出現(xiàn)的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于微波感應(yīng)燈的信號處理方法及系統(tǒng)，計算實時采集的微波信號的頻譜均值并利用人工魚群算法尋找最優(yōu)頻譜閾值，通過比較實時微波信號頻譜均值與最優(yōu)頻譜閾值的數(shù)值大小實現(xiàn)微波感應(yīng)燈的控制，同時根據(jù)微波感應(yīng)燈亮燈情況下的頻譜均值，設(shè)定延時狀態(tài)，實現(xiàn)微波感應(yīng)燈的節(jié)能控制，降低能源消耗。

3、(二)技術(shù)方案

4、一種用于微波感應(yīng)燈的信號處理方法，所述方法包括如下步驟：

5、s1、設(shè)定微波感應(yīng)燈信號采集時間點集，根據(jù)微波感應(yīng)燈信號采集時間點集實時采集微波信號，得到第一微波信號集，通過信號放大器和濾波器對第一微波信號集中的各個微波信號進行處理，得到第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號集；

6、s2、計算第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號集中各個標(biāo)準(zhǔn)微波信號的頻譜值，得到第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集，基于第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集計算實時微波信號頻譜均值；

7、s3、通過智能優(yōu)化算法設(shè)置判定微波信號燈狀態(tài)的最優(yōu)頻譜閾值；

8、s4、比較所述實時微波信號頻譜均值與所述最優(yōu)頻譜閾值的數(shù)值大小，將數(shù)值比較的結(jié)果反饋至主控單元，主控單元發(fā)出相應(yīng)指令控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)；

9、s5、計算亮燈狀態(tài)下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值，根據(jù)亮燈狀態(tài)下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值，判定微波感應(yīng)燈是否進入熄燈狀態(tài)。

10、通過信號采集裝置實時采集大量的微波信號并進行放大和濾波處理，并計算實時微波信號頻譜均值，降低采集數(shù)據(jù)的噪聲影響，為后續(xù)比較提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時保證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和時效性；通過智能優(yōu)化算法尋找最優(yōu)頻譜閾值，保證尋優(yōu)過程的速度和準(zhǔn)確度，同時提高收斂過程的效率；通過實時微波信號頻譜均值與最優(yōu)頻譜閾值的數(shù)值比較結(jié)果控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)，確保微波感應(yīng)燈狀態(tài)與當(dāng)前環(huán)境相匹配；通過計算得到的亮燈狀態(tài)下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值的數(shù)值大小，判定微波感應(yīng)燈是否進入延時狀態(tài)，實現(xiàn)微波感應(yīng)燈的節(jié)能控制，降低能源的消耗。

11、優(yōu)選的，設(shè)定微波感應(yīng)燈信號采集時間點集，根據(jù)微波感應(yīng)燈信號采集時間點集實時采集微波信號，得到第一微波信號集；通過信號放大器和濾波器對第一微波信號集中的各個微波信號進行處理，得到第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號集的具體步驟如下：

12、s11、設(shè)定微波感應(yīng)燈信號采集周期，對微波感應(yīng)燈信號采集周期進行均勻劃分得到微波感應(yīng)燈信號采集時間點集a＝{a1,a2,…,ai,…,ak}，其中，ai表示第i個微波感應(yīng)燈信號采集時間點，k表示微波感應(yīng)燈信號采集時間點的總個數(shù)；

13、s12、通過信號采集裝置在微波感應(yīng)燈信號采集時間點集中的各個信號采集時間點進行微波信號采集，得到第一微波信號集b＝{b1,b2,…,bi,…,bk}，其中，bi表示第i個采集到的微波信號，k表示采集到的微波信號的總個數(shù)；

14、s13、通過信號放大器放大第一微波信號集b＝{b1,b2,…,bi,…,bk}中各個微波信號，再通過濾波器去除經(jīng)過信號放大器放大的各個微波信號中的噪聲，得到第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號集b'＝{b'1,b'2,…,b'i,...,b'k}，其中，b'i表示第i個標(biāo)準(zhǔn)微波信號，k表示標(biāo)準(zhǔn)微波信號的總個數(shù)。

15、通過微波感應(yīng)燈信號采集周期進行均勻劃分得到微波感應(yīng)燈信號采集時間點，實時采集微波信號并進行放大和濾波處理，保證獲取數(shù)據(jù)的時效性，降低采集數(shù)據(jù)的噪聲，為后續(xù)操作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

16、優(yōu)選的，計算第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號集中各個標(biāo)準(zhǔn)微波信號的頻譜值，得到第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集，基于第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集計算實時微波信號頻譜均值的具體步驟如下：

17、s21、計算第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號集中各個標(biāo)準(zhǔn)微波信號的頻譜值，并按照各個標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜值的數(shù)值大小從小到大進行排列，得到第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集c＝{c1,c2,…,ci,…,ck-1,ck}，其中，ci表示第i個標(biāo)準(zhǔn)微波信號的頻譜值；

18、s22、剔除第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集c＝{c1,c2,…,ci,…,ck-1,ck}中的頻譜最小值c1和頻譜最大值ck，計算實時微波信號頻譜均值

19、剔除第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集中的最大值和最小值，計算實時微波信號頻譜均值，降低采集和計算誤差帶來的影響，保證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

20、優(yōu)選的，通過智能優(yōu)化算法設(shè)置判定微波信號燈狀態(tài)的最優(yōu)頻譜閾值的具體步驟如下：

21、s31、構(gòu)建人工魚種群，設(shè)定所述人工魚種群規(guī)模為n，所述人工魚種群表示為m＝{m1,m2,…,mi,…,mn}，其中，mi表示人工魚種群中的第i只人工魚；

22、設(shè)定所述人工魚種群m＝{m1,m2,…,mi,…,mn}的初始位置狀態(tài)集x＝{x1,x2,…,xi,…,xn}，xi表示第i只人工魚對應(yīng)的初始位置狀態(tài)；設(shè)定人工魚感知范圍為v、移動步長為s、嘗試次數(shù)為t、擁擠度因子為δ以及最大迭代次數(shù)為tmax；

23、s32、計算人工魚種群中每只人工魚的適應(yīng)度函數(shù)值，得到第一適應(yīng)度函數(shù)值集f1＝{f11,f21,…,fi1,…,fn1}，fi1表示第i只人工魚在xi位置狀態(tài)下的第一適應(yīng)度函數(shù)值；適應(yīng)度函數(shù)公式如下:

24、fi＝xi-y

25、其中，xi表示第i只人工魚個體對應(yīng)頻譜值是微波感應(yīng)燈進入明光模式的能力，y表示修正量；

26、s33、人工魚種群中的第i只人工魚隨機選取一個新狀態(tài)，得到人工魚種群中第i只人工魚的新位置狀態(tài)x'i，計算人工魚種群中第i只人工魚在新位置狀態(tài)下的適應(yīng)度函數(shù)值，得到第二適應(yīng)度函數(shù)值fi2；人工魚隨機選取新狀態(tài)的公式：

27、x'i＝xi+rand1·v

28、其中，rand1表示(0,1)之間的隨機數(shù)；

29、s34、比較人工魚種群中第i只人工魚的初始位置狀態(tài)下的適應(yīng)度函數(shù)值和新位置狀態(tài)下的適應(yīng)度函數(shù)值；

30、當(dāng)fi1≤fi2時，所述人工魚種群中的第i只人工魚向x'i的位置方向移動一步；移動公式如下：

31、

32、其中，rand2表示(0,1)之間的隨機數(shù)；

33、當(dāng)fi1＞fi2時，則對所述人工魚種群中的第i只人工魚重復(fù)s33的步驟，重新比較第i只人工魚初始位置狀態(tài)下的適應(yīng)度函數(shù)值和新位置狀態(tài)下的適應(yīng)度函數(shù)值，直到fi1≤fi2為止；當(dāng)重復(fù)次數(shù)達到t仍不滿足fi1≤fi2時，則將所述人工魚種群中的第i只人工魚隨機移動一步；移動公式如下：

34、

35、其中，rand3表示(0,1)之間的隨機數(shù)；

36、得到人工魚種群的第i只人工魚移動后的位置狀態(tài)

37、s35、開始進行迭代操作，設(shè)定每輪迭代過程中人工魚種群中第i條魚的感知范圍v內(nèi)的人工魚數(shù)量為nf以及中心位置為xc；

38、根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)值公式計算中心位置的適應(yīng)度函數(shù)值為fc以及人工魚種群中第i只人工魚的感知范圍v內(nèi)每只人工魚的適應(yīng)度函數(shù)值，挑選出適應(yīng)度最高的人工魚xj的適應(yīng)度函數(shù)值為fj；

39、當(dāng)且fc≥fj時，則第i只人工魚向xc的位置狀態(tài)移動一步；移動公式如下：

40、

41、其中，rand4表示(0,1)之間的隨機數(shù)；

42、當(dāng)且fc＜fj時，則第i只人工魚向xj的位置狀態(tài)移動一步；移動公式如下：

43、

44、其中，rand5表示(0,1)之間的隨機數(shù)；

45、否則，執(zhí)行s33和s34，得到人工魚種群中每只人工魚移動后的位置狀態(tài)集xnext＝{x1next,x2next,…,xinext,…,xnnext}，其中，表示人工魚種群中第i只人工魚移動后的位置狀態(tài)；通過適應(yīng)度函數(shù)值公式計算移動后每只人工魚的適應(yīng)度函數(shù)值，將適應(yīng)度最高的人工魚個體作為全局最優(yōu)解；

46、s36、判斷是否達到最大迭代次數(shù)tmax，若未達到，則返回s35；若達到，則輸出當(dāng)前全局最優(yōu)解對應(yīng)的頻譜閾值作為最優(yōu)頻譜閾值。

47、通過模擬人工魚群進行覓食、聚群、追尾以及隨機搜索的行為，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過利用人工魚群搜索當(dāng)前的全局最優(yōu)解，得到最優(yōu)頻譜閾值，保證尋優(yōu)過程的速度和準(zhǔn)確度，同時提高收斂過程的效率。

48、優(yōu)選的，比較所述實時微波信號頻譜均值與所述最優(yōu)頻譜閾值的數(shù)值大小，將數(shù)值比較的結(jié)果反饋至主控單元，主控單元發(fā)出相應(yīng)指令控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)的具體操作步驟如下：

49、s41、設(shè)定暗光頻譜比例為γ，比較所述實時微波信號頻譜均值α與所述最優(yōu)頻譜閾值β的數(shù)值大??；

50、若α＜γ·β，則主控單元控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)為熄燈狀態(tài)；

51、若γ·β≤α≤β，則主控單元控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)為亮燈狀態(tài)下的暗光模式；

52、若α＞β，則主控單元控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)為亮燈狀態(tài)下的明光模式。

53、通過實時微波信號頻譜均值與最優(yōu)頻譜閾值的數(shù)值比較結(jié)果控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)，確保微波感應(yīng)燈狀態(tài)與當(dāng)前環(huán)境相匹配。

54、優(yōu)選的，計算亮燈狀態(tài)下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值，根據(jù)亮燈狀態(tài)下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值，判定微波感應(yīng)燈是否進入延時狀態(tài)的具體操作步驟如下：

55、s51、設(shè)定暗光延時時間為λ，熄燈延時時間為η；

56、s52、當(dāng)微波感應(yīng)燈處于亮燈狀態(tài)下的明光模式時，重復(fù)s1和s2計算明光模式下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值α明光，若α明光≤β，則微波感應(yīng)燈進入暗光延時狀態(tài)；

57、當(dāng)明光模式下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值α明光在暗光延時時間λ內(nèi)均小于等于最優(yōu)頻譜閾值β，則微波感應(yīng)燈進入亮燈狀態(tài)下的暗光模式；否則，則微波感應(yīng)燈退出暗光延時狀態(tài)；

58、s53、當(dāng)微波感應(yīng)燈處于亮燈狀態(tài)下的暗光模式時，重復(fù)s1和s2計算暗光模式下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值α暗光，若α暗光＜γ·β，則微波感應(yīng)燈進入熄燈延時狀態(tài)；

59、當(dāng)暗光模式下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值α暗光在熄燈延時時間η內(nèi)均小于最優(yōu)頻譜閾值γ·β,則微波感應(yīng)燈進入熄燈狀態(tài)；否則，則微波感應(yīng)燈退出熄燈延時狀態(tài)。

60、通過計算得到的亮燈狀態(tài)下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值的數(shù)值大小，判定微波感應(yīng)燈是否進入延時狀態(tài)，實現(xiàn)微波感應(yīng)燈的節(jié)能控制，降低能源的消耗。

61、本發(fā)明還公開一種用于微波感應(yīng)燈的信號處理系統(tǒng)，包括微波信號采集單元、微波信號頻譜均值計算單元、最優(yōu)頻譜閾值設(shè)定單元、微波感應(yīng)燈狀態(tài)控制單元以及微波感應(yīng)燈延時狀態(tài)判定單元；

62、所述微波信號采集單元通過在對設(shè)定的微波感應(yīng)燈信號采集周期進行均勻劃分得到各個微波感應(yīng)燈信號采集時間點進行微波信號采集得到第一微波信號集，再對第一微波信號集中的各個微波信號進行放大以及濾波處理得到第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號集；

63、所述微波信號頻譜均值計算單元計算第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號集中各個標(biāo)準(zhǔn)微波信號的頻譜值，得到第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集，通過剔除第一標(biāo)準(zhǔn)微波信號頻譜集中的最大值和最小值，計算實時微波信號頻譜均值；

64、所述最優(yōu)頻譜閾值設(shè)定單元通過智能優(yōu)化算法尋找最優(yōu)的頻譜閾值，完成設(shè)定過程；

65、所述微波感應(yīng)燈狀態(tài)控制單元通過將所述實時微波信號頻譜均值與所述最優(yōu)頻譜閾值的數(shù)值比較結(jié)果反饋至主控單元，控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)；

66、所述微波感應(yīng)燈延時狀態(tài)判定單元通過計算得到的亮燈狀態(tài)下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值的數(shù)值大小，判定微波感應(yīng)燈是否進入延時狀態(tài)。

67、(三)有益效果

68、本發(fā)明提供了一種用于微波感應(yīng)燈的信號處理方法及系統(tǒng)，具備以下有益效果：

69、一、本發(fā)明中設(shè)置微波信號采集單元、微波信號頻譜均值計算單元、最優(yōu)頻譜閾值設(shè)定單元、微波感應(yīng)燈狀態(tài)控制單元以及微波感應(yīng)燈延時狀態(tài)判定單元；通過信號采集裝置實時采集大量的微波信號并進行放大和濾波處理，并計算實時微波信號頻譜均值，降低采集數(shù)據(jù)的噪聲影響，為后續(xù)比較提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時保證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和時效性；通過實時微波信號頻譜均值與最優(yōu)頻譜閾值的數(shù)值比較結(jié)果控制微波感應(yīng)燈的狀態(tài)，確保微波感應(yīng)燈狀態(tài)與當(dāng)前環(huán)境相匹配；通過計算得到的亮燈狀態(tài)下微波感應(yīng)燈的實時微波信號頻譜均值的數(shù)值大小，判定微波感應(yīng)燈是否進入延時狀態(tài)，實現(xiàn)微波感應(yīng)燈的節(jié)能控制，降低能源的消耗；

70、二、本發(fā)明通過模擬人工魚群進行覓食、聚群、追尾以及隨機搜索的行為，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過利用人工魚群搜索當(dāng)前的全局最優(yōu)解，得到最優(yōu)頻譜閾值，保證尋優(yōu)過程的速度和準(zhǔn)確度，同時提高收斂過程的效率。