专利名称：一种基于dsp和fpga的光纤微振动模式识别系统及其识别方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤微振动传感器的信号模式识别系统及其识别方法，属于光纤微振动传感技术领域。
背景技术：
随着光纤技术的不断发展，光纤微振动传感器在周界安防、石油和天然气管道和通信线路监测等系统中越来越多地得到应用。光纤微振动传感器是利用光纤作为传感介质的一种分布式光纤传感系统，其中光纤既作为传感介质，又作为光传输介质。其可以在传感光纤布设长度内，对一定准确度范围内的突发事件进行远程和实时的监测。随着各种分布 式光纤传感系统的研究和应用，各种扰动定位算法的实现在一定程度上解决了入侵报警的位置定位问题，但在远端系统无法得知入侵行为的主体。对微振动传感系统的功能，用户期望在报警定位基础上，能够确定导致报警的活动主体，对监测到的信号进行筛�。跎俨槐匾谋ň苊饧嗫卣呶恍┎槐匾谋ň鼍岣呦低承省６杂诠庀宋⒄穸衅鞯男藕爬嘈头掷嗟囊延醒芯浚际腔赑C终端的软件分析和仿真，系统的实时性较差。而在光纤微振动传感器的应用中，如周界安防、石油天然气管道监测和通信线路监测等，能否及时对获取的报警信号进行相关处理和实时输出是系统性能的重要组成部分，是系统能否有效工作的重要指标。在PC端离线对光纤微振动传感信号进行类型识别显然已经不能满足在线实时监控的要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种光纤微振动传感器的信号模式识别装置及其识别方法，能够实现对微振动传感器的输出信号类型进行识别，降低光纤微振动传感器的误报警率，实现对光纤微振动传感器信号的在线实时模式识别。本发明提出一种基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统,包括光电转换�？�、模数转换�？�、FPGA模块和DSP模块；所述的FPGA�？榘ú裳刂颇？�、信号检测�？楹虵IFO�？椋凰龅腄SP�？槭萁换豢刂颇？�、缓存�？�、特征提取�？�、分类器模型训练�？楹头掷嗥髂Ｐ筒馐阅？�。光纤微振动传感器向光电转换�？槭涑龉庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕�,该信号经过光电转换�？橥瓿纱庸馇啃藕诺侥Ｄ獾缪剐藕诺淖洌玫侥Ｄ獾缪剐藕挪⑹涑鲋聊Ｊ荒？橹校üＪ荒？橥瓿啥阅Ｄ獾缪剐藕诺牟裳玫侥芄换指丛庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕胖饕卣鞯牟裳笫中藕牛迪纸獾缱坏墓庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕糯幽Ｄ庑藕抛中藕牛Ｊ荒？榛褂隖PGA�？橹械牟裳刂颇？榱樱刂颇Ｊ荒？榈牟裳蹋徊裳笫中藕庞赡Ｊ荒？榇渲列藕偶觳饽？榻秀兄蹬卸希兄蹬卸喜捎霉β势追ǎ圆裳笫中藕诺姆到衅椒剑⒔椒浇峁奂樱崩奂拥牟裳笫中藕攀看锏胶腿哦中奔湎喽杂Φ氖渴保奂咏峁脬兄到斜冉侠磁卸显庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕攀欠翊嬖谌哦崩奂拥牟裳笫中藕欧灯椒浇峁兄凳保蚺卸瞎庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕糯嬖谌哦虿裳笫中藕判枋淙胫罠IFO�？榻心Ｊ椒掷啻恚绻∮阢兄担蛟瞎庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕挪淮嬖谌哦裳笫中藕盼扌璐恚纯桑⒌却邮账炒蔚嚼吹钠渌裳笫中藕沤秀兄蹬卸稀Ｋ龅腇IFO�？楸徊裳笫中藕盘盥螅ü蚴萁换豢刂颇？榉⑺椭卸闲藕磐ㄖ狣SP�？橛写砣哦牟裳笫中藕判璐覨PGA�？榇渲罝SP�？椋萁换豢刂颇？榧觳獾紽IFO�？榈闹卸闲藕藕螅刂艱SP模块启动EDMA的传输方式将采样后数字信号从FPGA模块内的FIFO�？橹苯佣寥〉交捍婺？榈敝�。所述的特征提取�？槎寥』捍婺？橹写娲⒌牟裳蟮氖中藕牛圆裳刂颇？椴裳蟮氖中藕沤行〔ǚ纸猓玫礁眯藕诺男〔ㄏ凳⒍孕〔ㄏ凳屑扑悖玫礁眯藕诺奶卣飨蛄浚４婧蠓⑺透掷嗥髂Ｐ脱盗纺？椋蠼庑畔㈧兀孕畔㈧刈魑砣哦墓庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕诺奶卣飨蛄浚掷嗥髂Ｐ脱盗纺？槔闷渌玫降拇矶嘧� 不同种类的来自光纤微振动传感器的扰动信号的特征向量，基于支持向量机的方法，评估每两类信号之间的最优分类面，确定分类器的拓扑结构，求解支持向量机的最优分类面，确定分类器支持向量机方法模型；当分类器支持向量机方法模型确定后，后续的采样后数字信号从特征提取�？榻敕掷嗥髂Ｐ筒馐阅？椋诜掷嗥髂Ｐ脱盗纺？榈敝腥范说姆掷嗥髂Ｐ涂刂葡拢玫饺哦嘈褪侗鹗涑�。本发明还提出一种基于DSP和FPGA的光纤微振动模式识别方法，包括以下几个步骤步骤一采样控制过程 FPGA�？楹虳SP�？樯系绾螅現PGA�？楹虳SP�？榉直鸺釉仄舳绦颍愿髯酉低辰谐跏蓟缓驠PGA�？槠舳Ｊ荒？椋Ｊ荒？樵诓裳刂颇？榈目刂葡驴级跃獾缱荒？樽缓蟮墓庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕沤胁裳現PGA模块的信号检测�？椴捎盟獸IFO，并将采样后数字信号填充信号检测模块内双FIFO当中的一个FIF0，当此FIFO被数据填满之后，把实时采样通道切换到另外一个FIFO继续进行信号填充，同时通知信号检测�？槎寥∫丫盥腇IF0，两个FIFO依次轮换，实现模数转换�？槭凳笔莶裳Ｊ荒？榛褂隖PGA�？橹械牟裳刂颇？榱樱刂颇Ｊ荒？榈牟裳�;步骤二 微振动信号检测过程采样后数字信号由模数转换�？榇渲列藕偶觳饽？榻秀兄蹬卸希ü觳獠裳笫中藕诺墓β势桌磁卸显庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕攀欠翊嬖谌哦辈裳笫中藕诺姆灯椒嚼奂咏峁は壬瓒ǖ你兄凳保蚺卸瞎庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕糯嬖谌哦虿裳笫中藕判枋淙胫罠IFO�？榻心Ｊ椒掷啻恚绻∮谠は壬瓒ǖ你兄担蚺卸瞎庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕挪淮嬖谌哦裳笫中藕盼扌璐恚纯桑⒌却邮账炒蔚嚼吹钠渌裳笫中藕沤秀兄蹬卸希徊街枞鼶SP模块和FPGA�？槭荽涑绦騀IFO模块被采样后数字信号填满后，通过向数据交换控制�？榉⑺椭卸闲藕磐ㄖ狣SP�？橛写砣哦牟裳笫中藕判璐覨PGA�？榇渲罝SP�？椋萁换豢刂颇？榧觳獾紽IFO�？橹卸闲藕藕螅刂艱SP模块启动EDMA的传输方式将采样后数字信号从FPGA�？槟诘腇IFO�？橹苯佣寥〉交捍婺？榈敝校徊街杷奶卣魈崛」烫卣魈崛∧？槎寥』捍婺？橹写娲⒌牟裳蟮氖中藕牛圆裳刂颇？椴裳蟮氖中藕沤行〔ǚ纸猓玫礁眯藕诺男〔ㄏ凳⒍孕〔ㄏ凳屑扑悖玫礁眯藕诺奶卣飨蛄浚徊街栉宸掷嗥髂Ｐ脱盗饭滩裳笫中藕诺奶卣飨蛄烤卣魈崛∧？楸４婧蠓⑺透掷嗥髂Ｐ脱盗纺？椋蠼庑畔㈧兀孕畔㈧刈魑砣哦墓庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕诺奶卣飨蛄浚掷嗥髂Ｐ脱盗纺？槔闷渌玫降拇矶嘧椴煌掷嗟睦醋怨庀宋⒄穸衅鞯娜哦藕诺奶卣飨蛄浚谥С窒蛄炕姆椒ǎ拦烂苛嚼嘈藕胖涞淖钣欧掷嗝妫范ǚ掷嗥鞯耐仄私� 构，求解支持向量机的最优分类面，确定分类器支持向量机方法模型，最终得到代表各种扰动类型的微振动传感器输出信号的分类器支持向量机方法模型；步骤六模式分类器测试过程当分类器支持向量机方法模型确定后，后续的采样后数字信号从特征提取�？榻敕掷嗥髂Ｐ筒馐阅？椋诜掷嗥髂Ｐ脱盗纺？榈敝腥范说姆掷嗥髂Ｐ涂刂葡拢玫饺哦嘈褪侗鹗涑�。本发明的优点在于(I)本发明提出一种光纤微振动传感器的信号模式识别装置及其识别方法，实现对光纤微振动传感器信号的模式识别，增加光纤微振动传感器的功能，在远端能了解触发振动的信号来源类型；(2)本发明提出一种光纤微振动传感器的信号模式识别装置及其识别方法，实现对光纤微振动传感器信号的分类，对不希望进行报警的信号，譬如自然因素风雨、冰雹引起的报警进行过滤，降低系统的误报警率；(3)本发明提出一种光纤微振动传感器的信号模式识别装置及其识别方法，TI的TMS320C6747DSP和Xilinx公司的Virtex系列XC4VSX35型号FPGA性能优越，实时性强，能快速实时实现对光纤微振动信号的分类，实时性优越；(4)本发明提出一种光纤微振动传感器的信号模式识别装置及其识别方法，实现光纤微振动系统小型化，向嵌入式系统方向靠近，脱离PC端的限制，实现无人值守。
图I :本发明提出的一种光纤微振动传感器的信号模式识别装置的功能�？橥迹煌�2 :本发明提出的一种光纤微振动传感器的信号模式识别方法流程图。图中1_光纤微振动传感器输出信号；2-光电转换�？椋�3-模数转换�？椋�4-采样控制�？椋�5-信号检测�？椋�6-FIF0�？椋�7-数据交换控制�？椋�8-缓存�？椋�9-特征提取�？椋�10-分类器模型训练�？椋�11-分类器模型测试�？椋�12-分类结果输出；13-FPGA �？椋�14-DSP �？�。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。本发明提出一种基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统,包括光电转换�？�2、模数转换�？�3、FPGA�？�13和DSP�？�14。所述的FPGA�？�13包括采样控制模块4、信号检测�？�5和FIFO�？�6 (First-In-First-Out�？�)。所述的DSP�？�14数据交换控制�？�7、缓存�？�8、特征提取�？�9、分类器模型训练模块10和分类器模型测试�？�11。如图I所75,光纤微振动传感器向光电转换�？�2输出光纤微振动传感器输出信号1，该信号经过光电转换�？�2完成从光强信号到模拟电压信号的转变，得到模拟电压信 号并输出至模数转换�？�3中，通过模数转换�？�3完成对模拟电压信号的采样，得到能够恢复原信号(即光纤微振动传感器输出信号I)主要特征的采样后数字信号，实现将经过光电转换的光纤微振动传感器输出信号I从模拟信号转化为数字信号，因为只有数字信号才能在FPGA和DSP构成的系统内进行算法运算。所述的模数转换�？�3还与FPGA�？�13中的采样控制�？�4连接，控制模数转换�？�3的采样过程。采样后数字信号由模数转换�？�3传输至信号检测�？�5进行阈值判断，阈值判断采用功率谱法，对采样后数字信号的幅值进行平方，把平方结果累加，当累加的采样后数字信号数量达到和扰动持续时间相对应的数量时，将累加结果与阈值进行比较来判断原光纤微振动传感器输出信号I是否存在扰动，当累加的采样后数字信号幅值平方结果超过预先设定的阈值时(阈值的设定可采用统计的方法，把扰动对应的采样信号幅值平方进行累加，例如50个扰动左右，取其幅值平方结果最小的值作为阈值)，则判断光纤微振动传感器输出信号I存在扰动，则采样后数字信号需输入至FIFO�？�6进行模式分类处理，如果小于预先设定的阈值，则原光纤微振动传感器输出信号I不存在扰动，采样后数字信号无需处理，丢弃即可，并等待接收顺次到来的其他采样后数字信号进行阈值判断。所述的FIFO�？�6被采样后数字信号填满后，通过向数据交换控制�？�7发送中断信号通知DSP�？�14有代表扰动的采样后数字信号需从FPGA�？�13传输至DSP模块14。数据交换控制模块7检测到FIFO�？�6的中断信号后，控制DSP�？�14启动EDMA的传输方式将采样后数字信号从FPGA�？�13内的FIFO�？�6直接读取到缓存�？�8当中，在缓存�？�8中开辟两个和FIFO�？�6同样大小的空间，放置来自FPGA�？�13的对应FIFO数据(采样后的数字信号)。缓存�？�8中存储的数据可以直接读取，加快数据的存取速度。所述的特征提取�？�9读取缓存�？�8中存储的采样后的数字信号，对采样控制�？�4采样后的数字信号进行小波分解，得到该信号的小波系数，并对小波系数进行计算，得到该信号的特征向量，保存后发送给分类器模型训练�？�10，求解信息熵，以信息熵作为代表扰动的光纤微振动传感器输出信号I的特征向量，分类器模型训练�？�10利用其所得到的代表多组不同种类的来自光纤微振动传感器的扰动信号的特征向量，基于支持向量机的方法，评估每两类信号之间的最优分类面，确定分类器的拓扑结构，求解支持向量机的最优分类面，确定分类器支持向量机方法模型。对采样后的数字信号进行扰动类型识别要进行两个阶段，首先按照上述方法建立分类器支持向量机方法模型，然后依靠此方法模型对后续的采样后数字信号进行扰动类型识别。当分类器支持向量机方法模型确定后，后续的采样后数字信号从特征提取模块9进入分类器模型测试�？�11，在分类器模型训练�？�10当中确定了的分类器模型控制下，得到扰动类型识别的分类结果输出12。(分类器模型训练�？�10的功能是确定分类器模型，这需要积累一定数量的特征向量，例如每个扰动类型的特征向量20-50个，基于这些数据确定分类器模型；而在分类器模型测试�？�11依靠在分类器模型训练模块10中确定了的分类器模型，可以对后续的采样后数字信号进行扰动类型识别。)所述的FPGA�？�13具有以下功能与模数转换�？�33相连接，控制模数转换模块3 ;对采样后的数字信号进行阈值判断，检测光纤微振动传感器输出信号I是否存在扰动，是否需要进行模式分类处理；将采样后的数字信号传送到的FIFO�？�6，当FIFO被数据填满后通知DSP�？�14。所述的DSP模块14具有以下功能■ 与FPGA�？�13连接，通过数据交换控制�？�7控制与FPGA�？�13之间的数据通信，实现采样后的数字信号由FIFO�？�6转移到缓存�？�8 ;将采样后的数字信号进行小波分解,提取信号小波系数；3)根据小波系数求解信息
熵，以此作为代表扰动的光纤微振动传感器信号的特征向量；4)当不断有新的代表扰动的光纤微振动传感器信号的特征向量被采集起来，根据采集到的代表不同扰动的光纤微振动传感器的一定数量(30-50个)的特征向量，求解基于支持向量机的最优分类面，确定基于支持向量机的分类器算法模型；当光纤微振动传感器代表新的扰动的输出信号被采集时，可在线判别光纤微振动传感的信号类别，如人为踩踏、大风、冰雹等；如果需要把代表扰动的光纤微振动传感器信号记录下来，可以通过DSP�？�14内置的USB接口和PC端进行通 目。所述的模数转换�？�3采用的是12位差分输入AD9235，结构简单实用，采样频率为最高为20Msps，能够有效复原原始信号的特征。FPGA�？�13采用Xilinx公司Virtex系列的XC4VSX35型号，能有效实时的对光纤微振动传感器的输出信号进行预处理。所述的DSP�？�14优先选择TI公司的TMS320C6747，其频率高达300Μ，在信号处理方面有突出的性能，而且其芯片上的资源较多，包含了 2个EMIF接口、IXD控制器以及USB接口，适合系统的实现和扩展。DSP模块14内集成有USB接口、IXD控制器，结构简单，外接相应的电源支持就能够实现和PC端的数据高速传输，满足系统大量实时数据的传输要求，简化接口设计。所述的光电转换�？�2优选为SPF1200SF-D08型号的PINFET探测�？楹吐瞬？椋肞INFET探测�？楣ぷ鞑ǔの�1000-1650nm，采用正负5V电压供电。光电转换模块2的探测�？榻邮展庀宋⒄穸衅鞔龅男藕牛涑鲂藕啪瞬？�(如一阶低通滤波器)输出到模数转换电路。所述的模数转换�？�3的时序由FPGA模块13控制，本发明模数转换模块3采用的AD9235是12位差分输入模数转换器，精度上能满足系统要求；FPGA�？�13和模数转换模块3连接的电路有两组信号，一是FPGA对模数转换�？�3的控制信号，含使能信号CS和时钟信号SCLK，二是数据信号SDATA，具体为模数转换�？�3的输出数字信号，经过模数转换的光纤微振动传感器输出信号1，当使能信号CS电平为高，就从SDATA进入FPGA�？�13。所述的FPGA�？�13中设置有FIFO模块6，与DSP�？�14的缓存�？�8通过EMIF 接口相连，FPGA�？�13准备好采样后数字数据后，通过中断通知DSP�？�14，DSP�？�14采用EDMA方式控制数据从FPGA�？�13到DSP�？�14的传输。XC4VSX35型号的FPGA�？�13内部有丰富的RAM资源，通过IP核的设计方法设计FIFO�？�6。TMS320C6747型号的DSP�？�14集成了两路EMIF接口，分别为EMIFA和EMIFB，其中EMIFA接口最高16位，而EMIFB接口最高32位，本发明中仅使用EMIFA接口。通过EMIFA接口实现DSP�？�14的缓存�？�8与FPGA�？�13的FIFO模块6相连，DSP�？�14中的EMIFA接口中EMA_CS3信号线选通 FPGA �？� 13 内部的 FIFO �？� 6，EMA_CLK、EMA_0E 和 EMA_WE，(EMA_CLK、EMA_OE和EMA_WE均为EMIFA接口中的信号线)控制对FIFO�？�6的读写时序；而来自FPGA�？�13的INT中断信号(FPGA�？�13内的FIFO�？� 6被采样后数字信号填满后触发INT中断信号)和DSP模块14的GPIO管脚相连，通知DSP�？�14启动EDMA方式进行数据传输,EDMA�？榇浞绞皆诓恍枰狣SP�？�14处理核心介入情况下实现数据传输,使DSP�？�14专注于数据信号处理。本发明中DSP�？�14采用TMS320C6747型号DSP�？�14集成了 USB控制器，包含USB2. OOTG接口和USB I. 10HCI (Host)，支持USB主设备模式和从设备模式，支持控制传输、中断传输、批量传输和等时传输4种类型的数据传输方式。本发明米用DSP模块14内置USB2. O�？榈腛TG模式，通过限流配电开关TPS206 为VBUS提供电源。本发明还提出一种基于DSP和FPGA的光纤微振动模式识别方法，如图2所示，具体包括以下几个步骤采样控制过程，微振动信号检测过程，DSP和FPGA数据传输过程，特征提取过程，分类器模型训练过程，模式分类器测试过程。步骤一采样控制过程本发明中FPGA�？�13的信号检测�？�5采用双FIF0，配合模数转换�？�3对光纤微振动传感器输出信号I进行实时采样和实时转移。FPGA�？�13和DSP�？�14上电后，FPGA�？�13和DSP�？�14分别加载启动程序，对各子系统进行初始化。然后FPGA�？�13启动模数转换�？�3，模数转换模块3在采样控制�？�4的控制下开始对经过光电转换�？�2转换后的光纤微振动传感器输出信号I进行采样，并将采样后数字信号填充信号检测�？�5内双FIFO当中的一个FIFO，当此FIFO被数据填满之后，把实时采样通道切换到另外一个FIFO继续进行信号填充，同时通知信号检测模块5读取已经填满的FIF0，两个FIFO依次轮换，实现模数转换�？�3实时数据采样。模数转换�？�3还与FPGA�？�13中的采样控制模块4连接，控制模数转换�？�3的采样过程。步骤二 微振动信号检测过程采样后数字信号由模数转换�？�3传输至信号检测�？�5进行阈值判断，通过检测采样后数字信号的功率谱来判断原光纤微振动传感器输出信号I是否存在扰动，当采样后数字信号的幅值平方累加结果超过预先设定的阈值时，则判断光纤微振动传感器输出信号I存在扰动，则采样后数字信号需输入至FIFO模块6进行模式分类处理，如果小于预先设定的阈值，则原光纤微振动传感器输出信号I不存在扰动，采样后数字信号无需处理，丢弃即可，并等待接收顺次到来的其他采样后数字信号进行阈值判断。步骤三DSP模块14和FPGA�？�13数据传输程序所述的FIFO模块6被采样后数字信号填满后，通过向数据交换控制�？�7发送中断信号通知DSP�？�14有代表扰动的采样后数字信号需从FPGA�？�13传输至DSP�？�14。数据交换控制模块7检测到FIFO�？�6中断信号后，控制DSP�？�14启动EDMA的传输方式将采样后数字信号从FPGA�？�13内的FIFO�？�6直接读取到缓存�？�8当中，在缓存�？�8中开辟两个和FIFO模块6同样大小的空间，放置来自FPGA�？榈亩杂IFO数据(采样后的数字信号)。缓存�？�8中存储的数据可以直接读�。涌焓莸拇嫒∷俣�。步骤四特征提取过程所述的特征提取�？�9读取缓存�？�8中存储的采样后的数字信号，对采样控制模块4采样后的数字信号进行小波分解，得到该信号的小波系数，并对小波系数进行计算，得到该信号的特征向量。步骤五分类器模型训练过程采样后数字信号的特征向量经特征提取�？�9保存后发送给分类器模型训练�？�10，求解信息熵，以信息熵作为代表扰动的光纤微振动传感器输出信号I的特征向量，分类器模型训练�？�10利用其所得到的代表多组不同种类的来自光纤微振动传感器的扰动信号的特征向量，基于支持向量机的方法，评估每两类信号之间的最优分类面，确定分类器的拓扑结构，求解支持向量机的最优分类面，确定分类器支持向量机方法模型。最终得到代表各种扰动类型的微振动传感器输出信号的分类器支持向量机方法模型，
步骤六模式分类器测试过程对采样后的数字信号进行扰动类型识别要进行两个阶段，首先建立分类器支持向量机方法模型，然后才可以依靠此方法模型对后续的采样后数字信号进行扰动类型识别。当分类器支持向量机方法模型确定后，后续的采样后数字信号从特征提取�？�9进入分类器模型测试�？�11，在分类器模型训练�？�10当中确定了的分类器模型控制下，得到扰动类型识别的分类结果输出12。
权利要求
1.一种基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统,其特征在于包括光电转换�？�、模数转换模块、FPGA�？楹虳SP�？椋凰龅腇PGA�？榘ú裳刂颇？�、信号检测�？楹虵IFO�？椋凰龅腄SP�？槭萁换豢刂颇？�、缓存�？�、特征提取模块、分类器模型训练�？楹头掷嗥髂Ｐ筒馐阅？椋� 光纤微振动传感器向光电转换�？槭涑龉庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕牛眯藕啪獾缱荒？橥瓿纱庸馇啃藕诺侥Ｄ獾缪剐藕诺淖洌玫侥Ｄ獾缪剐藕挪⑹涑鲋聊Ｊ荒？橹校üＪ荒？橥瓿啥阅Ｄ獾缪剐藕诺牟裳玫侥芄换指丛庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕胖饕卣鞯牟裳笫中藕牛迪纸獾缱坏墓庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕糯幽Ｄ庑藕抛中藕牛Ｊ荒？榛褂隖PGA模块中的采样控制�？榱樱刂颇Ｊ荒？榈牟裳蹋徊裳笫中藕庞赡Ｊ荒？榇渲列藕偶觳饽？榻秀兄蹬卸希兄蹬卸喜捎霉β势追ǎ圆裳笫中藕诺姆到衅椒剑⒔椒浇峁奂樱崩奂拥牟裳笫中藕攀看锏胶腿哦中奔湎喽杂Φ氖渴保奂咏峁脬兄到斜冉侠磁卸显庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕攀欠翊嬖谌哦崩奂拥牟裳笫中藕欧灯椒浇峁兄凳保蚺卸ㄔ庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕糯嬖谌哦虿裳笫中藕判枋淙胫罠IFO�？榻心Ｊ椒掷啻恚绻∮阢兄担蚺卸瞎庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕挪淮嬖谌哦裳笫中藕盼扌璐恚纯桑⒌却邮账炒蔚嚼吹钠渌裳笫中藕沤秀兄蹬卸希� 所述的FIFO�？楸徊裳笫中藕盘盥螅ü蚴萁换豢刂颇？榉⑺椭卸闲藕磐ㄖ狣SP�？橛写砣哦牟裳笫中藕判璐覨PGA�？榇渲罝SP�？椋萁换豢刂颇？榧觳獾紽IFO模块的中断信号后，控制DSP�？槠舳疎DMA的传输方式将采样后数字信号从FPGA模块内的FIFO�？橹苯佣寥〉交捍婺？榈敝校� 所述的特征提取�？槎寥』捍婺？橹写娲⒌牟裳蟮氖中藕牛圆裳刂颇？椴裳蟮氖中藕沤行〔ǚ纸猓玫礁眯藕诺男〔ㄏ凳⒍孕〔ㄏ凳屑扑悖玫礁眯藕诺奶卣飨蛄浚４婧蠓⑺透掷嗥髂Ｐ脱盗纺？椋蠼庑畔㈧兀孕畔㈧刈魑砣哦墓庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕诺奶卣飨蛄浚掷嗥髂Ｐ脱盗纺？槔闷渌玫降拇矶嘧椴煌掷嗟睦醋怨庀宋⒄穸衅鞯娜哦藕诺奶卣飨蛄浚谥С窒蛄炕姆椒ǎ拦烂苛嚼嘈藕胖涞淖钣欧掷嗝妫范ǚ掷嗥鞯耐仄私峁梗蠼庵С窒蛄炕淖钣欧掷嗝妫范ǚ掷嗥髦С窒蛄炕椒Ｐ停坏狈掷嗥髦С窒蛄炕椒Ｐ腿范ê螅笮牟裳笫中藕糯犹卣魈崛∧？榻敕掷嗥髂Ｐ筒馐阅？椋诜掷嗥髂Ｐ脱盗纺？榈敝腥范说姆掷嗥髂Ｐ涂刂葡拢玫饺哦嘈褪侗鹗涑�。
2.根据权利要求I所述的一种基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统，其特征在于所述的模数转换�？椴捎玫氖�12位差分输入AD9235，采样频率为20Msps。
3.根据权利要求I所述的一种基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统，其特征在于所述的FPGA�？椴捎肰irtex系列的XC4VSX35型号。
4.根据权利要求I所述的一种基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统，其特征在于所述的DSP�？檠≡馮MS320C6747，其频率为300M。
5.根据权利要求I所述的一种基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统，其特征在于所述的光电转换模块为SPF1200SF-D08型号的PINFET探测�？楹吐瞬？椋肞INFET探测�？楣ぷ鞑ǔの�1000-1650nm，采用正负5V电压供电。
6.根据权利要求I所述的一种基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统，其特征在于所述的模数转换�？椴捎玫腁D9235是12位差分输入模数转换器。
7.一种基于DSP和FPGA的光纤微振动模式识别方法，其特征在于包括以下几个步骤 步骤一采样控制过程 FPGA模块和DSP�？樯系绾螅現PGA�？楹虳SP�？榉直鸺釉仄舳绦颍愿髯酉低辰谐跏蓟缓驠PGA模块启动模数转换模块，模数转换�？樵诓裳刂颇？榈目刂葡驴级跃獾缱荒？樽缓蟮墓庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕沤胁裳現PGA�？榈男藕偶觳饽？椴捎盟獸IFO，并将采样后数字信号填充信号检测�？槟谒獸IFO当中的一个FIFO，当此FIFO被数据填满之后，把实时采样通道切换到另外一个FIFO继续进行信号填充，同时通知信号检测�？槎寥∫丫盥腇IFO，两个FIFO依次轮换，实现模数转换�？槭凳笔莶� 样，模数转换�？榛褂隖PGA�？橹械牟裳刂颇？榱樱刂颇Ｊ荒？榈牟裳蹋� 步骤二 微振动信号检测过程 采样后数字信号由模数转换�？榇渲列藕偶觳饽？榻秀兄蹬卸希ü觳獠裳笫中藕诺墓β势桌磁卸显庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕攀欠翊嬖谌哦辈裳笫中藕诺姆灯椒嚼奂咏峁は壬瓒ǖ你兄凳保蚺卸ㄔ庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕糯嬖谌哦虿裳笫中藕判枋淙胫罠IFO�？榻心Ｊ椒掷啻恚绻∮谠は壬瓒ǖ你兄担蚺卸瞎庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕挪淮嬖谌哦裳笫中藕盼扌璐恚纯桑⒌却邮账炒蔚嚼吹钠渌裳笫中藕沤秀兄蹬卸希� 步骤三DSP�？楹虵PGA�？槭荽涑绦� FIFO模块被采样后数字信号填满后，通过向数据交换控制�？榉⑺椭卸闲藕磐ㄖ狣SP�？橛写砣哦牟裳笫中藕判璐覨PGA�？榇渲罝SP�？椋萁换豢刂颇？榧觳獾紽IFO�？橹卸闲藕藕螅刂艱SP�？槠舳疎DMA的传输方式将采样后数字信号从FPGA�？槟诘腇IFO�？橹苯佣寥〉交捍婺？榈敝校� 步骤四特征提取过程 特征提取模块读取缓存�？橹写娲⒌牟裳蟮氖中藕牛圆裳刂颇？椴裳蟮氖中藕沤行〔ǚ纸猓玫礁眯藕诺男〔ㄏ凳⒍孕〔ㄏ凳屑扑悖玫礁眯藕诺奶卣飨蛄�; 步骤五分类器模型训练过程 采样后数字信号的特征向量经特征提取�？楸４婧蠓⑺透掷嗥髂Ｐ脱盗纺？椋蠼庑畔㈧兀孕畔㈧刈魑砣哦墓庀宋⒄穸衅魇涑鲂藕诺奶卣飨蛄浚掷嗥髂Ｐ脱盗纺？槔闷渌玫降拇矶嘧椴煌掷嗟睦醋怨庀宋⒄穸衅鞯娜哦藕诺奶卣飨蛄浚谥С窒蛄炕姆椒ǎ拦烂苛嚼嘈藕胖涞淖钣欧掷嗝妫范ǚ掷嗥鞯耐仄私峁梗蠼庵С窒蛄炕淖钣欧掷嗝妫范ǚ掷嗥髦С窒蛄炕椒Ｐ停钪盏玫酱砀髦秩哦嘈偷奈⒄穸衅魇涑鲂藕诺姆掷嗥髦С窒蛄炕椒Ｐ停� 步骤六模式分类器测试过程当分类器支持向量机方法模型确定后，后续的采样后数字信号从特征提取�？榻敕掷嗥髂Ｐ筒馐阅？椋诜掷嗥髂Ｐ脱盗纺？榈敝腥范说姆掷嗥髂Ｐ涂刂葡拢玫饺哦嘈褪侗鹗涑觥�
全文摘要
本发明提出一种基于DSP和FPGA的光纤微振动模式识别系统及其识别方法，属于光纤微振动传感技术领域。所述的基于DSP和FPGA的光纤微振动传感器的模式识别系统，包括光电转换�？�、模数转换�？�、FPGA�？楹虳SP�？�。所述的FPGA模块包括采样控制�？�、信号检测模块和FIFO�？�。所述的DSP�？槭萁换豢刂颇？�、缓存�？�、特征提取�？椤⒎掷嗥髂Ｐ脱盗纺？楹头掷嗥髂Ｐ筒馐阅？�。本发明提出的信号模式识别装置及其识别方法能够实现对微振动传感器的输出信号类型进行识别，降低光纤微振动传感器的误报警率，实现对光纤微振动传感器信号的在线实时模式识别。
文档编号G01H9/00GK102853897SQ20121007404
公开日2013年1月2日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者李彦, 梁正桃, 李立京, 林文台, 尚静, 王明, 李勤, 钟翔, 姜漫 申请人:北京航空航天大学
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