摘 要：本文介紹了利用多傳感器信息融合技術(shù)進(jìn)行防盜報(bào)警的監(jiān)測系統(tǒng)。文中給出了傳感器的選擇原則和系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，并討論了多傳感器信息數(shù)據(jù)融合的幾種模型結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：多傳感器技術(shù) 防盜報(bào)警系統(tǒng) 數(shù)據(jù)融合
1、引言
二十年來，多傳感器信息融合技術(shù)獲得了普遍的關(guān)注和廣泛的應(yīng)用，融合一詞幾乎無限制的被眾多應(yīng)用領(lǐng)域引用。信息融合是針對一個(gè)系統(tǒng)中多種傳感器（多個(gè)或多類）這一特定問題而展開的一種信息處理的新研究方向，因此信息融合又稱為多傳感器融合。根據(jù)國外的研究成果，信息融合的定義可概括為：利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過程。由此可知，多傳感器系統(tǒng)是信息融合的硬件基礎(chǔ)，多源信息是信息融合的加工對象，協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合處理是信息融合的核心。本文就多傳感器技術(shù)的應(yīng)用和數(shù)據(jù)融合模型的設(shè)計(jì)兩方面 問題進(jìn)行探討。
2、傳感器的選擇
多傳感器集成與信息融合技術(shù)主要是利用多種傳感器或多個(gè)同類傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提取有用的信息，實(shí)現(xiàn)測量與控制。
選用傳感器時(shí)應(yīng)遵循的原則為：選用不同種類、不同功能的傳感器，充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)信息共享，降低虛報(bào)漏報(bào)的可能性。
因此，基于上述分析和原則，為實(shí)現(xiàn)防盜監(jiān)測的目的，可選用以下傳感器構(gòu)成多傳感器防盜報(bào)警系統(tǒng)：
（1）熱釋電紅外傳感器。凡是存在于自然界的物體，例如人體、火焰等物體都會(huì)放射出紅外線，只是其發(fā)射的紅外線的波長不同而已。人體的溫度為 36～37℃,可輻射出中心波長為9～10μm的紅外線。在硅片表面上貼上截止波長為7～10μm的濾光片，只允許波長超過7～10μm的紅外線通過，而小于7μm的紅外線被濾除掉，于是就得到只對人體敏感的熱釋電紅外線傳感器。
（2）超聲傳感器。超聲波穿透性較強(qiáng)，具有一定的方向性，傳輸過程中衰減較小，反射能力較強(qiáng)。當(dāng)有人站在傳感器前時(shí)，由于人體的反射，在接收電路中將檢測到信號(hào)，這個(gè)信號(hào)被放大后，輸入到單片機(jī)中進(jìn)行判別報(bào)警。
（3）多普勒傳感器。當(dāng)波源與觀測者之間相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，引起波的頻率的改變，這種現(xiàn)象稱之為多普勒效應(yīng)。利用多普勒效應(yīng)可以制成多普勒效應(yīng)傳感器。當(dāng)人體或物體相對于傳感器移動(dòng)時(shí)，反射回來的信號(hào)與原信號(hào)間產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)響應(yīng)相關(guān)的直流輸出電平。
（4）CCD傳感器。CCD傳感器是一個(gè)由光敏二極管構(gòu)成的光電傳感器陣列。其結(jié)構(gòu)為行間轉(zhuǎn)移型。這種器件光敏面積大，靶面利用率高。當(dāng)景物的光學(xué)圖像，經(jīng)由攝像物鏡投射到這個(gè)陣列上時(shí)，由于各光敏二極管受光的強(qiáng)弱不同而感生出不同量的光電荷。這些感生電荷，經(jīng)過一定時(shí)間（一場）的積累，在轉(zhuǎn)移柵的控制下，水平地移送到與像元對應(yīng)的設(shè)置在光敏元旁邊的垂直移位寄存器中，而后又在行轉(zhuǎn)移脈沖的控制下，將電荷移送到水平移位寄存器，并由水平移位時(shí)鐘控制依次向輸出端轉(zhuǎn)移，最后由輸出電路輸出視頻信號(hào)。由CCD傳感器輸出的視頻信號(hào)已具有較大幅度（0.5V以上），經(jīng)由處理電路進(jìn)行處理（包括自動(dòng)增益控制、校正、同步信號(hào)混合、功率放大等），在終端得到全電視信號(hào)輸出。
這四種傳感器從人體輻射的紅外線、人體對超聲波的反射、人體移動(dòng)引起波的頻率的改變和人體圖像等不同方面監(jiān)測人體入侵的情況，基本上可以實(shí)現(xiàn)人體入侵的全部源信息的采集，從最大程度上消除報(bào)警信息的不確定性，提高報(bào)警的準(zhǔn)確率。
3、報(bào)警系統(tǒng)的組成
3.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
集成多傳感器的防盜監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。
圖1 多傳感器集成防盜報(bào)警系統(tǒng)硬件框圖
熱釋電紅外傳感器、超聲傳感器、多普勒傳感器、CCD傳感器這四種傳感器分別采集人體入侵信息中的不同特征參數(shù)，將信息分別傳遞到各自的信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波去干擾和A/D轉(zhuǎn)換，并將調(diào)理后的信息傳送至單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)對人體入侵情況的判斷并進(jìn)行報(bào)警。在組網(wǎng)應(yīng)用中，信息被傳到上位機(jī)——PC機(jī)或工控機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行信息處理，實(shí)現(xiàn)對整體情況的監(jiān)測。
3.2 多傳感器技術(shù)中的數(shù)據(jù)融合技術(shù)
多傳感器集成數(shù)據(jù)融合的模型主要可分為功能、結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型等。功能模型從融合的過程出發(fā)，結(jié)構(gòu)模型從信息融合的組成出發(fā)，而數(shù)學(xué)模型則是信息融合算法和綜合邏輯。
按照信息抽象的五個(gè)層次，各相應(yīng)的將信息融合分為五級(jí)，即檢測級(jí)融合、位置級(jí)融合、目標(biāo)識(shí)別級(jí)融合、態(tài)勢評(píng)估與威脅估計(jì)。由于融合本身主要發(fā)生在檢測、位置和目標(biāo)識(shí)別級(jí)，因而在討論結(jié)構(gòu)模型時(shí)，只考慮前三級(jí)的融合結(jié)構(gòu)。本文僅僅討論檢測級(jí)的幾種數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)模型。
在數(shù)據(jù)檢測級(jí)，數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)模型主要有串行、并行、帶反饋并行、樹狀和分散等幾種類型。針對不同的目標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域，可以選用一種或幾種結(jié)構(gòu)混合使用。在防盜監(jiān)測中，可以采用如圖2所示的串行數(shù)據(jù)檢測融合結(jié)構(gòu)模型，能夠較為準(zhǔn)確地獲取現(xiàn)場人體入侵的情況。首先由熱釋電紅外傳感器（P）檢測是否有人體輻射出的中心波長為9～10μm的紅外線，進(jìn)行判決，把結(jié)果傳到超聲傳感器（U）節(jié)點(diǎn)，在此融合這兩個(gè)傳感器的檢測結(jié)果形成一個(gè)新的判決，依次類推，再傳到多普勒傳感器（T），CCD傳感器（C）構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)，最后融合輸出判決結(jié)果。
另外也可以采用如圖3所示的并行的數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)。在并行結(jié)構(gòu)中，四個(gè)傳感器的檢測數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)融合中心同時(shí)被處理，無論是出現(xiàn)哪一種情況，都將被檢測并傳送至單片機(jī)，然后輸出結(jié)果。并行方式的特點(diǎn)是，報(bào)警設(shè)置簡單，明確，同時(shí)誤報(bào)的可能性也大一些，可以采用硬判決方式，簡化數(shù)據(jù)檢測的處理，使得硬件簡單化。
圖2 串行結(jié)構(gòu)模型示意圖
圖3 并行結(jié)構(gòu)模型示意圖
還可以采用串并行的混合融合結(jié)構(gòu)，這樣能更全面的反映所檢測的環(huán)境的人體入侵情況，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。每一個(gè)線性均可單獨(dú)作為一個(gè)結(jié)果輸出，同時(shí)還能就融合的判決輸出。
圖4 串并行混合結(jié)構(gòu)模型示意圖
4、結(jié)束語
多傳感器集成與信息融合技術(shù)目前在自動(dòng)控制、軍事、航空導(dǎo)航等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的成功。隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息技術(shù)的高速發(fā)展，多傳感技術(shù)也將得到不斷地發(fā)展，并逐漸應(yīng)用在防盜報(bào)警系統(tǒng)等其他各個(gè)領(lǐng)域。
參考文獻(xiàn)：
[1 ] 李華主編 .MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù). 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,1999
[2 ] 何希才編著 . 傳感器及其應(yīng)用. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2002.
[3 ] Horst Ahlers著, 王磊等譯 . 多傳感器技術(shù)及其應(yīng)用. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2001
[4 ] 何友等著 . 多傳感器信息融合及應(yīng)用. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2000
[5 ] 丁鎮(zhèn)生編著 . 傳感器及傳感器技術(shù)應(yīng)用. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1998
[6 ] 李瑜芳編著 . 傳感技術(shù). 四川: 電子科技大學(xué)出版社, 1999
[7 ] 劉同明等編著 . 數(shù)據(jù)融合技術(shù)及其應(yīng)用. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2000
[8 ] 劉迎春等編著 . 現(xiàn)代新型 傳感器原理與應(yīng)用. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1998
