[發明專利]基于聲振動信號的目標檢測與識別方法及系統

有效

• 申請號: 201611248676.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106646587B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 喻樂;鄒琪琳;常宗杰;劉晶;屠東升
• 申請（專利權）人: 北京知覺科技有限公司
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

本發明公開了一種基于聲振動信號的目標檢測與識別方法及系統。所述方法包括：利用M個或等效為M個光纖傳感器獲取預設節點位置且預設時間段內的振動信號并保存到振動數據矩陣；利用預加重方法對振動數據矩陣預處理以獲取K幀雙極性信號數據，并從中選取包括目標信號的雙極性數據幀；從雙極性數據幀中提取每類信號每一列的速度特征、能量分布特征和譜估計特征，并根據上述各特征及對應加權值獲取一個較長的特征向量矩陣并對其降維處理；利用長短期選擇記憶神經網絡模型識別雙極性信號數據、雙極性信號數據幀及降維處理后的較長的特征向量的振動信號類別。本發明可以根據不同步驟的信息的共同作用決定聲振動信號識別，提高目標識別的辨識正確率。

技術領域

本發明涉及音頻技術領域，尤其涉及一種基于聲振動信號的目標檢測與識別方法及系統。

背景技術

安防系統是以維護社會公共安全為目的，運用安全防范產品和其它相關產品所構成的入侵報警系統、視頻安防監控系統、出入口控制系統、防爆安全檢查等的系統。目前，安防系統通常采用人工、視頻及紅外等監控方式，由于維護成本高、環境敏感度低、檢測精度和范圍受硬件設備限制，從而使現有安防系統的使用范圍存在一定的局限性。因此，如何進一步提高安防系統的可靠性和魯棒性并降低監控成本，成為需要研究的重點問題之一。

當地面目標運行時，所激發的聲音和振動信號分別通過空氣和地球表面向四面傳播，利用聲音和/或地震動傳感器采集上述聲音和振動信號進行分析，可以對地面目標進行探測、分類和定位等。并且，振動對于其他信號而言，不易偽裝在探測行進人員方面具有獨特的優勢。

例如，美軍開發的“倫巴斯”(REMBASS)系統包括聲震、紅外和電磁模塊，利用電池供電，可以對地面的人員和車輛進行探測及報警。該“論巴斯”系統升級后，可以探測75m以外的人員和250m以外的車輛。又如，美國史蒂文森理工學院研究的地震動傳感器可以分別探測到67m、83m和140m以外的人員走動、跑動和跳動信號。

在實現本發明技術方案的過程中，發明人發現：基于聲音和振動信號的地面目標識別已經經過了多年的發展，各種新技術如自適應濾波、頻譜分析、人工神經網絡等都被應用于地面目標識別中，取到了一定的成果。但是，地面目標檢測與識別時，實際環境復雜多變，目標類型多種多樣，導致現有振動信號目標識別系統在真實數據條件下的識別正確率在80％左右，距離高探測率、高準確識別率和低虛警率的實用需求仍有一定距離。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種基于聲振動信號的目標檢測與識別方法及系統，用以解決現有技術中在實際環境復雜多變、目標類型多種多樣時振動目標識別系統識別正確率80％左右無法滿足實際需求的情況。

第一方面，本發明提供了一種基于聲振動信號的目標檢測與識別方法，所述方法包括：

利用M個或等效為M個光纖傳感器獲取預設節點位置且預設時間段內的振動信號，并保存所有預設節點位置的振動信號數據得到振動數據矩陣；M為非零自然數；

利用預加重方法對所述振動數據矩陣進行預處理以獲取K幀雙極性信號數據；

根據每幀雙極性信號數據的能量E和過零率Z從所述K幀雙極性信號數據選取包括目標信號的雙極性數據幀；

利用小波變換方法從包括目標信號的雙極性數據幀中提取每類信號每一列的速度特征、能量分布特征和譜估計特征；

根據每一雙極性數據幀的速度特征、能量分布特征和譜估計特征以及對應加權值獲取一個較長的特征向量矩陣并對其降維處理；

根據雙極性信號數據、雙極性信號數據幀及其速度特征、能量分布特征和譜估計特征和降維處理后的較長的特征向量獲取長短期選擇記憶神經網絡模型，并根據該模塊輸出每一雙極性數據幀中振動信號類別。

可選地，所述利用預加重方法對所述振動數據矩陣進行預處理以獲取K幀雙極性信號數據的步驟包括：