泄漏电缆周界入侵信号检测方法及仿真研究

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1、泄漏电缆周界入侵信号检测方法及仿真研究宁晚（中铁一局电务公司陕西西安710004）摘要：周界入侵防盗报警系统而言，提高入侵信号的检测率既是难点问题也是热点问题。目前所应用的泄漏电缆周界入侵探测报警系统，都是将入侵信号视为平稳随机信号，采用FFT法来处理。然而，在自然界中存在的信号大都是非平稳随机信号，其特点是非平稳，统计量是时变函数，周界入侵信号也是如此。因此，以傅里叶变换为基础的分析方法无法获得许多关键信息，难以满足实际应用，必须研究更先进的信号处理方法来解决这个难题。木文分析了泄漏电缆周界入侵信号检测方法及仿真。关键词：泄漏电缆；周界入侵；信号检测近

2、年来，周界入侵防盗报警己经成为政府机要部门、银行、监狱、厂矿、公司等机构安全防范的重要组成部分。在基于各种原理的周界入侵防盗报警系统中,泄漏电缆周界入侵防盗报警系统具有漏报率最低、隐蔽性高、受环境影响小、适应各种地理条件等特点，己经成为目前应用最广、发展前景十分良好的一种技术和产品。一、泄漏电缆周界入侵信号的特点产牛周界入侵信号的因素一般有两种：人为因素和非人为因素。人为因素产牛的信号乂分为主动意识行为和蓄意行为，主动意识行为主要有人的行走、跑、跳、开车、匍匐等行为。蓄意行为主要有蓄意磁干扰、引诱入侵等。非人为因素产生的信号主要有猫、狗、兔子等动物的入侵

3、和风雨雷电等自然条件的影响等等。无论是人的行为还是自然界对系统的影响，信号往往是非平稳的，其统计量是时变函数。二、泄漏电缆周界入侵信号检测方法时频分析的基本思想就是设计时间和频率的联合函数，利用它可以同时描述信号在不同吋间和频率的能量密度和强度。吋频分析能将频谱随时间的演变关系明确地表示出来，能更加清晰地分析吋变函数，更符合实际应用的需要。目前，典型的时频分析方法主要有三种。1.短时傅里叶变换。短时傅里叶变换将非平稳信号假定为分段平稳的，通过采用一个滑动窗截取信号，一次次地对截得的信号进行傅里叶变换，从而得到任意时刻信号的频谱。短时傅里叶变换虽然可以描述

4、一局部吋间段上的频率信息，但是其吋频域的分辨率不随吋间和频率的变化而变化。如此就可能产生如下情况:对于要分析的非平稳随机信号，某一小吋间段以高频信息为主，用短吋间窗进行分析；而某一长吋间段是一些低频信息，却用一个长吋间窗进行分析。因此对一个吋变的非平稳随机信号，利用短时傅里叶变换法难以找到一个合适的时间窗口来适应于不同的时间段。2.Gabor变换。Gabor变换产生的吋频图较清晰，但其复杂度高会对显示造成一定的延迟，并口依I口存在短吋傅里叶变换的缺陷，即：难以找到一个合适的时间窗来适应于不同的时间段信号，依旧难以表达信号频谱随时间的演变关系。由上述分析可

5、以看出，无论是短时傅里叶变换、威格纳分布或是Gabor变换实质都是傅里叶变换基础上加吋间窗的变换，随着口寸间窗的移动而形成信号的种时频表示或者取样的结果。它们都受制于海森堡测不准原理，一旦窗函数选定，时频分辨率便确定下来，使它对非平稳随机信号的分析存在局限性，不能敏感地反映信号的突变，只适应于对缓变信号的分析。3.HHT变换。HHT是一种非线性和非平稳信号分析处理方法。该方法首先利用经验模态分解对信号进行自适应筛选，将其分解为一系列固有模态函数，然后对每个固有模态函数进行变换，从每个分量的变换中提取出分量的瞬时吋频特征和频率能量特征，从而提取到信号的全部

6、信息。用经验模态分解对数据进行预处理，将信号分解成一组模态函数分量，从而使瞬时频率这-•概念具有实际的物理意义，选用HHT作为入侵信号探测的方法相比于其他二种吋频分析方法会有效。三、仿真研究1.仿真的总体思路。由于该系统在防护周界上是分成多个不同的防护区域,每个防护区域对应不同频率的电磁信号，因此仿真吋在防护周界上不妨设置20个频点，在无扰动时利用快速傅里叶变换分析其频谱；在有多点扰动吋（两点以上，例如三点），再利用快速傅里叶变换分析其频谱，并把该频谱与无扰动时的频谱进行对比分析，从而确定在哪个频点上有扰动，进而确定出相应的那个区域内有入侵事件发生。20

7、个频点的主频点设置为45MHz,每个频点的频率间隔设置为100Hz,利用快速傅里叶变换算法计算1024个采样点的频谱。因此，频谱的采样分辨率大约为0.1Hz,完全能够满足实际需要。2•仿真的器件选择和参数设置。选用正弦信号产生器模块作为标准信号源和扰动信号源。扰动信号源与标准信号源通过乘法器模块形成有扰动的混合信号,有扰动的各个混合信号通过加法器模块混合在一起统一送入FFT模块进行快速傅里叶换并取幅值，最后显示仿真结果。由于计算45MHz信号1024点的快速傅里叶变换数据量比较大，相应的计算时间就比较长。因此，可以先把所有信号统一降频后再进行快速傅里叶变

8、换计算。为仿真方便，不妨设置各标准信号为降频后的低频信号。根据上述分析，标准信号