Способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу

Авторы патента:

Дудкин Виктор Александрович (RU)

Катернюк Сергей Сергеевич (RU)

Вольсков Андрей Александрович (RU)

Гостева Татьяна Анатольевна (RU)

G08B13/00 - Сигнализация о краже, взломе и т.п. (сигнализация о краже транспортных средств B60R 25/10; сигнализация о краже велосипедов B62H 5/00)

G01V1/00 - Сейсмология; сейсмическая или акустическая разведка

Владельцы патента RU 2568142:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО ПГУ) (RU)

Изобретение относится к области охранных систем и может быть использовано для охраны объектов различного назначения. Заявлен способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу, согласно которому каждую секунду во входном сейсмическом сигнале после предварительного усиления за время скользящего временного окна находятся средневзвешенная частота спектра в низкочастотной полосе пропускания, соответствующей эффективной полосе частот полезного сигнала, и высокочастотная составляющая, формируемая путем подсчета числа положительных и отрицательных экстремумов входного сейсмического сигнала за определенный промежуток времени. Вычисляется следящий порог, определяемый как сумма адаптивной и постоянной составляющих. Адаптивная составляющая определяется в два этапа. При превышении отношения средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания к высокочастотной составляющей сигнала уровня следящего порога принимается решение об обнаружении объекта, а по увеличению и уменьшению отношения указанных характеристик судят о приближении или удалении объекта. Технический результат - повышение точности и информативности получаемых данных. 4 ил.

Предлагаемый способ относится к области сигнализационных систем и технических средств охраны и может быть применен для охраны участков местности и подступов к объектам, в разведывательно-сигнализационных системах и в устройствах управления подрывом инженерных боеприпасов.

Известен способ обнаружения перемещающихся объектов на охраняемом рубеже [1], заключающийся в регистрации сейсмического сигнала в нескольких заданных полосах частот, определении спектров зарегистрированных сейсмических сигналов, анализе высокочастотных и низкочастотных составляющих спектра сейсмического сигнала, по соотношению между которыми судят о приближении или удалении перемещающегося объекта.

Недостатком является низкая помехозащищенность, так как обнаружение происходит при простом превышении уровнем сигнала заданного порового значения.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ обнаружения перемещающихся объектов по сейсмическому сигналу [2], согласно которому регистрируется сейсмический сигнал объекта, формируется средневзвешенная частота спектра в низкочастотной полосе спектра, соответствующей эффективной полосе частот полезного сигнала, и высокочастотная составляющая сигнала, отношение указанных характеристик (информативный признак) сравнивается с пороговым значением.

Информативная часть спектра сигналов движущихся человека и техники (эффективная полоса частот полезного сигнала) лежит в диапазоне 5…25 Гц, т.е. является относительно низкочастотной, а спектра ряда помех (дождь, гром и т.п.) - относительно высокочастотной и лежит в диапазоне 100…150 Гц.

По низкочастотной полосе спектра сигнала, получаемого на выходе полосового фильтра с полосой пропускания 5…25 Гц, формируется средневзвешенная частота спектра.

Высокочастотная составляющая сигнала вычисляется по исходному сигналу как отношение числа положительных и отрицательных экстремумов входного сейсмического сигнала за фиксированный интервал времени к длительности этого интервала.

Принятие решения об обнаружении объекта производится по результатам сравнения информативного признака с пороговым значением. Значение порога определяется заранее по сейсмическому сигналу сейсмического фона, зарегистрированного в неблагоприятных условиях (дождь, сильный ветер, гроза и т.д.) для повышения помехоустойчивости устройства. По характеру изменения анализируемого информативного признака определяется приближение (при увеличении отношения) или удаление (при уменьшении отношения) объекта от сейсмического приемника.

Недостатком данного способа является невысокая дальность обнаружения, вызванная постоянством и относительно высоким уровнем порога, определяемого для повышения помехоустойчивости по сейсмическому сигналу сейсмического фона в неблагоприятных условиях.

Предлагается использовать адаптивный (следящий) порог, значение которого зависит от конкретных условий эксплуатации системы. Следящий порог складывается из двух слагаемых - адаптивной и постоянной составляющих.

Значение порога предлагается формировать по следующему правилу:

1) АСП_n=АСП_n-1+ΔАСП, если ИП_n>ИП_n-1

или

АСП_n=АСП_n-1, если ИП_n≤ИП_n-1;

2) АСП_n=ИП_n, если ИП_n<АСП_n,

3) СП_n=АСП_n+ПСП,

где АСП_n, АСП_n-1 - значения адаптивной составляющей следящего порога в n-ом и (n-1)-ом временном окне анализа соответственно,

ΔАСП - приращение адаптивной составляющей порога следящего порога,

ИП_n, ИП_n-1 - значения информативного признака в n-ом и (n-1)-ом временном окне анализа соответственно,

СП_n - значение следящего порога в n-ом временном окне анализа,

ПСП - постоянная составляющая следящего порога.

Введение следящего порога эквивалентно использованию другого информативного признака - скорости изменения отношения средневзвешенной частоты спектра в эффективной полосе частот полезного сигнала и высокочастотной составляющей сигнала. Для полезных сигналов из-за изменения амплитуды и частотного состава сигнала при приближении или удалении объекта скорость изменения информативного признака заметно выше, чем для сигнала сейсмического фона. Постоянная составляющая следящего порога вводится для обеспечения высокой помехоустойчивости и выбирается из диапазона 0,03…0,1 В. Меньшие значения берутся при обнаружении человека-группы людей, большие - при обнаружении техники.

Использование следящего порога позволяет повысить дальность и вероятность правильного обнаружения движущихся наземных объектов при сохранении высокой помехоустойчивости устройства.

Предлагаемый способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1, а изображен сейсмический сигнал идущего человека, движущегося в течение нескольких десятков секунд с траверзом 50 м относительно сейсмического приемника.

На фиг. 1, б и в приведены средневзвешенная частота спектра в эффективной полосе пропускания (5…25 Гц) и высокочастотная составляющая сигнала соответственно.

На фиг. 1, г показаны отношение средневзвешенной частоты сигнала в полосе частот 5…25 Гц и высокочастотной составляющей сигнала и следящий порог.

На фиг. 2 и фиг. 3 показаны аналогичные графики для сейсмических сигналов движущегося с траверзом 100 м относительно сейсмического приемника транспортного средства и сейсмического фона соответственно.

На фиг. 4 показана схема реализации устройства по предлагаемому способу.

Устройство, реализующее способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу, содержит (фиг. 4): 1 - сейсмический приемник, 2 - предварительный усилитель, 3 - полосовой фильтр, 4 - формирователь временного окна, 5 - формирователь спектра, 6 - формирователь числа экстремумов, 7 - формирователь средневзвешенной частоты спектра, 8 - формирователь высокочастотной составляющей сигнала, 9 - делитель, 10 - формирователь начального значения следящего порога, 11 - формирователь следящего порога, 12 - решающее устройство.

При этом выход сейсмического приемника 1 соединен с входом предварительного усилителя 2, выход которого подключен к входу полосового фильтра 3 и к первому входу формирователя числа экстремумов 6, выход полосового фильтра 3 соединен с первым входом формирователя спектра 5, второй вход которого подключен к выходу формирователя временного окна 4, выход которого также подключен ко второму входу формирователя числа экстремумов 6 и второму входу формирователя высокочастотной составляющей сигнала 8, первый вход которого подключен к выходу формирователя числа экстремумов 6, выход формирователя спектра 5 соединен с входом формирователя средневзвешенной частоты спектра 7, выход которого подключен к первому входу делителя 9, второй вход которого соединен с выходом формирователя высокочастотной составляющей сигнала 8, а выход - со вторым входом формирователя следящего порога 11, первый вход которого соединен с выходом формирователя начального значения следящего порога 10, выход формирователя следящего порога 11 соединен с первым входом решающего устройства 12, второй вход которого соединен с выходом делителя 9.

Способ осуществляется следующим образом. Для нахождения средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной области спектра сейсмический сигнал после предварительного усиления пропускается через фильтр 3 с полосой пропускания 5…25 Гц. Далее за время скользящего прямоугольного окна в формирователе спектра 5 выполняется преобразование Фурье и находится значение модуля амплитуды каждой гармоники. Параметры временного скользящего окна задаются в формирователе временного окна 4. Длина окна равна 3 с, а его смещение - 1 с. В формирователе средневзвешенной частоты спектра 7 осуществляется вычисление средневзвешенной частоты в эффективной полосе частот полезного сигнала. Для определения высокочастотной составляющей первоначально в формирователе числа экстремумов 6 подсчитывается количество экстремумов в положительной и отрицательной области во входном сейсмическом сигнале после его предварительного усиления за скользящее временное окно. Далее в формирователе высокочастотной составляющей сигнала 8 количество экстремумов делится на длину окна. В делителе 9 находится отношение средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания и высокочастотной составляющей сигнала. В формирователе следящего порога 11 определяется значение следящего порога с учетом значений отношения средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания и высокочастотной составляющей сигнала за время анализируемого и предыдущего временного окна. Начальное значение следящего порога задается формирователем начального значения следящего порога 10. Вычисленное значение следящего порога сравнивается с отношением средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания и высокочастотной составляющей сигнала, при превышении порога принимается решение об обнаружении объекта. Дополнительно по характеру изменения отношения указанных характеристик определяется приближение (при увеличении отношения) или удаление (при уменьшении отношения) объекта.

Предлагаемый способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу позволяет увеличить дальность и вероятность правильного обнаружения сейсмических средств обнаружения при сохранении их высокой помехоустойчивости.

Источники информации

1. Патент RU 2165629, G01V 1/00. Крюков И.Н., Иванов В.А., Дюгованец А.П., Шуалов А.Г. Способ обнаружения перемещающихся объектов на охраняемом рубеже.

2. Патент RU 2365945, G01V 1/00. Дудкин В.А., Мясникова Н.В., Митрохин М.А., Фирсов М.С., Вольсков А.А. Способ обнаружения перемещающихся объектов по сейсмическому сигналу.

Способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу, включающий регистрацию сейсмического сигнала объекта, формирование средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания, соответствующей эффективной полосе частот полезного сигнала, и высокочастотной составляющей сигнала путем деления числа положительных и отрицательных экстремумов входного сейсмического сигнала, сформированного за время скользящего временного окна, на длительность этого окна, вычисление отношения средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания к высокочастотной составляющей сигнала и сравнение отношения указанных характеристик с порогом обнаружения, определение по анализу изменения во времени определенного отношения приближения и удаления обнаруженного объекта, отличающийся использованием следящего порога, определяемого как сумма адаптивной и постоянной составляющих, при этом адаптивная составляющая определяется в два этапа: на первом этапе значение адаптивной составляющей увеличивается на заданное постоянное значение при увеличении отношения средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания к высокочастотной составляющей сигнала или не изменяется в противном случае, на втором этапе адаптивная составляющая принимается равной отношению средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания к высокочастотной составляющей сигнала при условии, что значение данного отношения больше адаптивной составляющей, вычисленной на первом этапе, или не изменяется в противном случае.

Похожие патенты:

Интерактивный домофон // 2554549

Изобретение относится к дистанционной сигнализации и охране жилых помещений, офисов, производственных помещений от несанкционированного воздействия и вторжения, в частности к домофонным системам для вызова переговоров и передачи информации с использованием мобильного телефона, смартфона или иных интерактивных клиентских устройств, подключённых к сетям подвижной беспроводной радиосвязи и проводной связи.

Способ обнаружения нарушителя и определения направления его движения на перекрестке дорог и путях его обхода // 2554530

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения средств обнаружения (СО) с протяженной линейной частью (ПЛЧ) в виде гибкого кабеля, построенных на проводно-волновом или вибрационном принципе обнаружения, для сигнализационного прикрытия четырехсторонних перекрестков дорог и путей их обхода.

Радиолучевой датчик охранной сигнализации // 2554526

Изобретение относится к охранной сигнализации и предназначено для обнаружения вторжения посторонних лиц в охраняемую зону. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости датчика и надежности обнаружения, что достигается независимой регулировкой чувствительности на каждом из N участков зоны обнаружения, разделенной с применением линейно-частотно-модулированной селекции дальности, а так же совместной корреляционной обработкой доплеровских сигналов, соответствующих определенным участкам зоны обнаружения, по уровню, времени появления, длительности, скорости изменения и номеру участка в разных комбинациях и взаимосвязях, отражающих типичное воздействие помех и поведение нарушителя в зоне обнаружения.

Способ сигнализационного прикрытия перекрёстка дорог и путей его обхода // 2546303

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения средств обнаружения (СО) с протяженной гибкой линейной частью (ПГЛЧ) в виде гибкого кабеля, построенных на проводно-волновом или вибрационном принципе обнаружения, для сигнализационного прикрытия четырехсторонних перекрестков дорог и путей их обхода.

Способ обнаружения нарушителя и определения параметров нарушения // 2546077

Изобретение относится к области охранной сигнализации. Технический результат - повышение помехоустойчивости обнаружения нарушителя за счет анализа параметров нарушения: размеров объекта-нарушителя, скорости его перемещения и расстояния траектории его движения от сторон охраняемого рубежа. Изобретение заключается в приеме теплового излучения двумя датчиками, расположенными на противоположных сторонах рубежа на известном расстоянии друг от друга в направлении вдоль его границ.

Сейсмическая система для контроля протяженных рубежей охраны // 2543930

Изобретение относится к средствам тревожной сигнализации для обнаружения нарушителя, проникающего через зону обнаружения протяженного рубежа охраны. Технический результат заключается в повышении точности локализации места пересечения нарушителем рубежа охраны.

Комплекс технического наблюдения за охраняемой территорией // 2542873

Изобретение относится к охранным системам с использованием систем видеонаблюдения и тепловизионной аппаратуры дальнего обзора, привязанных к электронной карте охраняемой местности.

Виброметрическая система для контроля протяженных рубежей охраны // 2541129

Изобретение относится к средствам обнаружения нарушителя протяженного рубежа охраны. Технический результат заключается в быстродействии и точности зоны нарушения.

Способ сигнализационного прикрытия перекрестка дорог и путей его обхода // 2540841

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения средств обнаружения (СО) с протяженной линейной частью (ПЛЧ), построенных на проводно-волновом или вибрационном принципе обнаружения, для сигнализационного прикрытия четырехсторонних перекрестков дорог и путей их обхода.

Способ защиты замкнутого помещения при несанкционированном в него проникновении // 2540783

Предложен способ создания условий психической невозможности пребывания нежелательных лиц, несанкционированно проникших в закрытые помещения (офисы, банковские помещения, салоны автомобилей и пр.), снабженные специальными замковыми устройствами.

Определение скорости волнового поля // 2567182

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Получены данные о вращательном и поступательном движении, принятые по меньшей мере одним датчиком движения.

Способ определения глубины проникания объекта в грунт // 2566402

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения глубины проникания объекта в грунт. Способ включает сбрасывание объекта с носителя и регистрацию параметров его проникания, по крайней мере, двумя сейсмическими датчиками, расположенными на расстоянии друг от друга в зоне вероятного падения объекта.

Способ вибрационной сейсморазведки // 2562748

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Способ вибрационной сейсморазведки основан на возбуждении и регистрации вибрационных сейсмических колебаний и включает в себя коррекцию возбуждаемых сигналов путем изменения относительной интенсивности компонент спектра для волн, представляющих разведочный интерес.

Способ сейсмической разведки // 2559303

Изобретение относится к сейсмической разведке и может использоваться при разведке нефтяных и газовых залежей. Согласно заявленному решению выбирают и устанавливают фиксированную приемную базу, располагают источники возбуждения сейсмических колебаний и приемники на этой базе симметрично относительно ее центра, принятого за начало координат.

Способ обнаружения "живущих" разломов // 2559153

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при изучении сейсмогенерирующих структур. В способе обнаружения «живущих» разломов в зоне разлома устанавливают акустическую мониторинговую станцию и выполняют суточный мониторинг зоны разлома.

Способ оценки низкочастотной резонансной эмиссии геодинамического шума // 2559123

Изобретение относится к области сейсморазведки и может быть использовано для поиска и разведки углеводородов (УВ). Согласно способу оценки низкочастотной резонансной эмиссии (НРЭ) для поиска УВ прогнозирование УВ осуществляется в процессе анализа геодинамического шума непосредственно по временному разрезу метода общей глубинной точки (МОГТ) в широком диапазоне частот (5-130 Гц).

Способ краткосрочного прогнозирования локальной магнитуды землетрясения // 2558277

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для краткосрочного прогнозирования локальной магнитуды землетрясения. Сущность: вычисляют спектры Фурье от волновых форм внешних землетрясений, зарегистрированных двумя сейсмическими станциями.

Способ картирования структурных поднятий в верхней части осадочного чехла и прогнозирования сверхвязких нефтей // 2551261

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при исследовании залежей сверхвязких нефтей. Сущность изобретения: излучают электромагнитные волны и принимают сигналы, отраженные от границ раздела слоев зондируемой среды, после чего проводят обработку результатов измерений.

Обработка сейсмических данных // 2549213

Настоящее изобретение относится к созданию систем, способов и методик для обработки сейсмических данных. Заявленная группа изобретений включает реализуемые с помощью компьютера способы обработки сейсмических данных, системы для обработки сейсмических данных и считываемые компьютером носители данных, имеющие сохраненные на них команды, которые при исполнении процессором выполняют этапы по любому одному из способов.

Способ получения априорного годографа для выполнения литолого-стратиграфической привязки // 2541091

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для получения сейсмических разрезов изображений геологической среды. Способ включает последовательные действия, при которых получают и подготавливают данные методов общей глубинной точки, сейсмического каротажа, вертикального сейсмического профилирования, акустического каротажа, плотностного гамма-гамма каротажа и проверяют качество этих данных, а также получают эталонные значения интервальных скоростей.

Способ вибрационной сейсморазведки // 2570587

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поисков и разведки месторождений нефти и газа. Заявленный способ вибрационной сейсморазведки основан на возбуждении и регистрации сейсмических колебаний в широкой полосе частот, расширенной в область низких частот, и на формировании колебаний с фиксированной амплитудой реактивной массы виброисточника, передающей возбуждаемые колебания в горные породы через опорную плиту виброисточника. Для этого возбуждаемые непрерывные колебания разделяют на два интервала, один из которых соответствует низкочастотной части рабочей полосы частот, а другой интервал соответствует более высокочастотной части. При этом изменения амплитуды возбуждаемых колебаний и их частоты от времени в низкочастотной части подбирают в виде нелинейной зависимости из условия постоянства амплитуды хода реактивной массы, а в остальной части диапазона возбуждаемых колебаний зависимость амплитуды и частоты от времени устанавливают линейной либо также изменяющейся по нелинейному закону. В одном из воплощений способа граничную точку перехода от нелинейной части возбуждаемых колебаний в линейную выбирают исходя из зависимости хода реактивной массы виброисточника от частоты. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.