地震动信号的识别与定位研究

论文摘要

随着全球物联网产业的发展和安防意识的增强,防入侵技术市场的需求越来越广阔。本文重点研究了防入侵技术中的地震动传感探测子系统,其主要内容包括三大部分,即探测地震动信号的传感器和信号调理电路部分、地震动信号的识别和分类处理等部分、特征融合和报警部分。文中首先对地震波产生和传播理论进行了深入研究,分析了瑞雷波的传播特性,确定了以瑞雷波为地震动信号的主要探测对象。并通过研究地震波的建模理论,分析了不同地形地质条件的地震波传播特性。文中对探测的信号多种卡位方法进行了分析,提出了具有地震动信号特征的经验加权卡位方法。在对信号进行时域识别的过程中,采用了过零数分析,修改了过零数阈值选取准则,利用峰度特征提取信号的统计特征对人和车辆信号分类。在信号的频域识别的过程中,通过分析各类地震动信号的频域分布特征,提出了高低频能量比(RHL)算法。利用分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transformation, FRFT)对地震动信号进行时频分析,求得最佳变换阶次,使用该阶次的分数阶傅里叶变换提取信号的时频特性。采用以ARM芯片为核心的实时数据采集与处理的电路系统,并将数据通过串口发送到PC机,通过LabVIEW编写的实时显示与报警软件显示目标位置并跟踪报警。在防入侵定位中使用基于时差和双曲线原理的预警带定位算法,估计入侵者的位置和入侵级别。实验测试取得了很好的预警效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外防入侵技术的发展
• 1.3 系统的结构与工作原理
• 1.4 论文内容及安排
• 第二章 地震动信号的基本理论
• 2.1 地震动信号的产生与传播
• 2.2 地震动信号在地震动目标探测中的应用
• 2.2.1 弹性波波动方程
• 2.2.2 瑞雷波
• 2.3 地震动信号的建模理论
• 第三章 地震动信号的特性分析与识别技术
• 3.1 地震动信号的预处理
• 3.1.1 短时能量法
• 3.1.2 倒谱法
• 3.1.3 经验加权倒谱法
• 3.2 地震动信号的时域特征分析
• 3.2.1 过零分析
• 3.2.2 峰度
• 3.3 地震动信号的频域特征分析
• 3.3.1 地震动信号的频域分布特性
• 3.3.2 高低频能量比（RHL）算法
• 3.4 地震动信号的时频域特征分析
• 3.4.1 分数傅里叶变换的定义
• 3.4.2 离散分数傅里叶变换的数值计算
• 3.4.3 分数傅里叶变换与Wigner-Ville分布的关系
• 3.4.4 地震动信号的分数阶傅里叶分析
• 第四章 系统测试及结果分析
• 4.1 系统的构成
• 4.1.1 系统框架图
• 4.1.2 传感器
• 4.1.3 数据采集与处理部分
• 4.1.4 串口通信协议
• 4.1.5 LabVIEW人机交互界面设计
• 4.2 系统实验与结果分析
• 4.2.1 地震动信号传播速度测算
• 4.2.2 运动目标方位估计与报警估计
• 4.2.3 地震动传感器的实际报警情况
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的论文