[發(fā)明專利]一種光纖周界安防系統(tǒng)入侵點檢測的方法、系統(tǒng)及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110060431.7
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112907860B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設計）人: 王瓊;朱玉婷;柏業(yè)超;俞春華;唐嵐;張興敢
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G08B13/12
• 分類號: G08B13/12
• 代理公司: 南京業(yè)騰知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 32321
• 代理人: 李靜

1.一種光纖周界安防系統(tǒng)入侵點檢測的方法，用于在環(huán)境噪聲淹沒入侵信號時判斷入侵位置點，其特征在于，包括以下步驟：

S10、用子空間線性模型表示系統(tǒng)，在入侵信號未知情況下認定系統(tǒng)初始輸入未知，將系統(tǒng)的輸入歸為系統(tǒng)噪聲，得到離散系統(tǒng)方程；離散系統(tǒng)方程為：

x(k+1)＝Ax(k)+Ke(k)

y(k)＝Cx(k)+e(k)

其中，y(k)∈R^m分別表示k時刻系統(tǒng)實際輸出，x(k)∈Rⁿ為k時刻狀態(tài)變量，m和n分別表示輸出的維數(shù)以及系統(tǒng)的階次，e(k)∈R^m為零均值白噪聲新息序列，矩陣A是狀態(tài)轉移矩陣，C是狀態(tài)和輸出控制矩陣，K為卡爾曼濾波增益矩陣；

S20、利用子空間模型辨識的方法，將至少三個檢測點的將來的輸出Hankel矩陣投影到過去的輸出Hankel矩陣，對得到的結果進行奇異值分解，并將奇異值分解后得到的系統(tǒng)參數(shù)矩陣代入離散系統(tǒng)方程，進一步解出離散系統(tǒng)方程中的卡爾曼濾波增益矩陣和噪聲協(xié)方差矩陣；

S30、篩選并對S20中奇異值分解后得到的系統(tǒng)參數(shù)矩陣進行分類，包括狀態(tài)轉移矩陣、狀態(tài)和輸出控制矩陣；其中，結構相似的歸為非入侵點數(shù)據(jù)，結構不相似的歸為入侵點數(shù)據(jù)；

S40、選取任一非入侵點數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)辨識算出的系統(tǒng)參數(shù)矩陣、卡爾曼濾波增益矩陣和噪聲協(xié)方差矩陣作為參考數(shù)據(jù)，將參考數(shù)據(jù)代入卡爾曼濾波方程，并不斷迭代各位置點的實測數(shù)據(jù)以計算出所有時刻的重構誤差；

S50、計算并比較S40中重構誤差的均方差，均方差大的判為入侵位置點。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖周界安防系統(tǒng)入侵點檢測的方法，其特征在于，所述S40包括以下步驟：

S4001、假設系統(tǒng)的初始狀態(tài)x₀＝0和初始協(xié)方差P₀＝0，根據(jù)k-1時刻的狀態(tài)和狀態(tài)協(xié)方差矩陣預測k時刻的系統(tǒng)狀態(tài)和狀態(tài)協(xié)方差矩陣：

P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)A^T+KQK^T

其中，是k時刻系統(tǒng)狀態(tài)預測值，是k-1時刻系統(tǒng)狀態(tài)估計值，P(k|k-1)是k時刻預測的狀態(tài)協(xié)方差矩陣，P(k-1|k-1)是k-1時刻估計的狀態(tài)協(xié)方差矩陣；A是狀態(tài)轉移矩陣，A^T是狀態(tài)轉移矩陣轉置，K為卡爾曼濾波增益矩陣，K^T是卡爾曼濾波增益矩陣轉置，Q為噪聲協(xié)方差矩陣；

S4002、根據(jù)S4001中預測的系統(tǒng)的狀態(tài)，計算實際測量值與預測值的誤差，以及卡爾曼增益：

K_g＝(P(k|k-1)C^T)(CP(k|k-1)C^T+Q)^-1

其中，是預測誤差，y(k)是k時刻系統(tǒng)實際輸出，C是狀態(tài)和輸出的控制矩陣，是k時刻系統(tǒng)狀態(tài)預測值，K_g是卡爾曼增益，P(k|k-1)是k時刻預測的狀態(tài)協(xié)方差矩陣，C^T是狀態(tài)和輸出控制矩陣轉置，Q為噪聲協(xié)方差矩陣；

S4003、根據(jù)S4001中預測的系統(tǒng)的狀態(tài)、S4002中預測誤差以及卡爾曼增益，更新估計的狀態(tài)矩陣以及狀態(tài)協(xié)方差矩陣：

P(k|k)＝P(k|k-1)-K_gCP(k|k-1)

其中，是k時刻系統(tǒng)狀態(tài)的狀態(tài)更新值，是k時刻系統(tǒng)狀態(tài)預測值，K_g是卡爾曼增益，是預測誤差；P(k|k)是k時刻狀態(tài)協(xié)方差矩陣的狀態(tài)更新，P(k|k-1)是k時刻預測的狀態(tài)協(xié)方差矩陣，C是狀態(tài)和輸出控制矩陣；

S4004、根據(jù)S4003中系統(tǒng)的狀態(tài)，計算實際測量值與估計值的誤差：

其中，是k時刻的重構誤差，y(k)是k時刻系統(tǒng)實際輸出，C是狀態(tài)和輸出控制矩陣，是k時刻系統(tǒng)狀態(tài)的狀態(tài)更新值。