一种光纤安防系统入侵定位及特征识别研究

摘要

目前光纤安防系统在技术上取得了很大的进步，但仍然存在一些问题，比如现有光纤周界安防系统的定位精度达不到某些重要部门的要求，不能对入侵事件的特征进行准确的分析，从而导致误报率非常高。针对目前光纤周界安防系统中存在的缺点，为了提高系统的定位精度，降低入侵特征的误判率。设计了一款基于把入侵定位信号和入侵特征信号的获取来源分开的一种区域周界光纤安防系统，取代原来的入侵定位信号和特征识别信号混合在一起的采集方案。
　　本研究采用的是利用时间数字转换技术(TDC)来对入侵地点进行定位，取代目前常用的通过解调干涉信号的相位差进行定位的方案。由于现有的时间数字转换技术可以实现对超短时差进行测量，其分辨率能够达到皮秒级，非常适合应用在光纤安防定位方面，进行精确定位和连续测距。由于光纤安防系统的入侵信号中不可避免的包含很多干扰信号，为了提高识别入侵特征信号的性能，降低系统的误判率，本研究采用了基于入侵特征信号的数据库查询对比技术。本研究设计了以TDC获得入侵时间差做为信号采集单元、以DSP2812芯片为控制板核心的入侵定位设计方案。完成了TDC与DSP的通信模块的结构和程序方案设计，DSP与上位机的通信模块设计;应用LabVIEW工具用来存储入侵信号以及进行信号特征量对比。
　　通过搭建的实验平台，进行了基于TDC的入侵定位和上位机监控的联合实验调试，实验结果验证了系统的定位精度达到了预期设计目标;基于LabVIEW的监控界面显示了入侵位置和时间信息并报警。采用模拟入侵信号，设计的基于LabVIEW和数据库比对查询来实现特征量识别的系统，仿真实验结果证实了该设计是可行的。

目录

声明

摘要

附图清单

表格清单

1 绪论

1．2 国内外光纤安防系统研究成果及发展现状

1．3 本文的主要工作和章节安排

1．3．2 论文的章节安排

1．4 本章小结

2 系统整体设计和入侵定位研究

2．1 光纤周界安防系统原理

2．1．1 光纤传感基本原理

2．1．2 干涉型光纤振动传感器

2．1．3 光的叠加原理

2．1．4 光纤干涉仪

2．1．5 马赫-增德尔干涉仪

2．1．6 塞纳克(Sagnac)干涉仪原理

2．2 系统的整体方案设计

2．3 基于TDC入侵定位的实现过程

2．4 系统定位模块设计

2．4．1 时间数字转换器介绍

2．4．2 TDC测量原理

2．4．3 TDC时序

2．4．4 TDC测量范围

2．5 系统的主控制板电路设计

2．5．1 TMS320X2812性能

2．5．2 控制器芯片选型

2．5．3 系统主控芯片TMS320X2812介绍

2．6 DSP控制板外围电路设计

2．6．1 TMS320F2812芯片电源电路设计

2．6．2 JTAG接口电路设计

2．6．3 DSP2812串口电路的设计

2．6．4 SPI通信模块设计

2．7 TDC定位实验

2．7．1 模拟入侵脉冲信号

2．7．2 TDC定位实验

2．8 本章小结

3 入侵信号的特征识别

3．1 数据采集方案设计

3．2 入侵特征信号降噪和特征信号提取

3．2．1 入侵信号降噪设计

3．2．2 小波基及其性质

3．2．3 基于MATLAB信号降噪的程序设计

3．3 基于小波分解的特征向量提取

3．3．1 基于MATLAB小波分解程序设计

3．3．2 模拟信号小波提取结果

3．4 基于数据库的信号特征查询

3．4．1 数据库简介

3．4．2 数据库查询设计

3．4．3 LabSQL操作配置

3．4．4 数据库查询程序设计

3．5 本章小结

4 系统的软件设计及实验调试

4．1 下位机软件设计的总体要求

4．2 DSP2812编程软件CCS6．0 介绍

4．3 DSP控制系统软件设计方案

4．3．1 系统下位机主程序方案设计

4．3．2 系统外部中断和DSP2812定时器中断设计

4．3．3 系统初始化设计

4．4 DSP2812控制系统通信模块设计

4．5 时间数字转换器(TDC)模块程序设计

4．6 基于LabVIEW入侵定位的上位机软件设计

4．6．1 LabVIEW软件介绍

4．6．2 LabVIEW上位机软件设计

4．6．3 LabVIEW与DSP通信设计

4．6．4 LabVIEW软件数据处理

4．6．5 LabVIEW2011上位机前面板设计

4．7 系统整体实验调试

4．7．1 定位实验调试

4．7．2 入侵特征识别实验

4．8 本章小结

5 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果