發布日期：2022-10-09 點擊率：152
摘要：本文介紹了利用多傳感器信息融合技術進行防盜報警的監測系統。文中給出了傳感器的選擇原則和系統的硬件結構，并討論了多傳感器信息數據融合的幾種模型結構。
關鍵詞：多傳感器技術 防盜報警系統 數據融合
1、引言
二十年來，多傳感器信息融合技術獲得了普遍的關注和廣泛的應用，融合一詞幾乎無限制的被眾多應用領域引用。信息融合是針對一個系統中多種傳感器（多個或多類）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。根據國外的研究成果，信息融合的定義可概括為：利用計算機技術對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息在一定準則下加以自動分析、綜合以完成所需的決策和估計任務而進行的信息處理過程。由此可知，多傳感器系統是信息融合的硬件基礎，多源信息是信息融合的加工對象，協調優化和綜合處理是信息融合的核心。本文就多傳感器技術的應用和數據融合模型的設計兩方面 問題進行探討。
2、傳感器的選擇
多傳感器集成與信息融合技術主要是利用多種傳感器或多個同類傳感器進行數據采集，應用數據融合技術進行數據處理，提取有用的信息，實現測量與控制。
選用傳感器時應遵循的原則為：選用不同種類、不同功能的傳感器，充分發揮各個傳感器的優勢，取長補短，實現信息共享，降低虛報漏報的可能性。
因此，基于上述分析和原則，為實現防盜監測的目的，可選用以下傳感器構成多傳感器防盜報警系統：
（1）熱釋電紅外傳感器。凡是存在于自然界的物體，例如人體、火焰等物體都會放射出紅外線，只是其發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，具有一定的方向性，傳輸過程中衰減較小，反射能力較強。當有人站在傳感器前時，由于人體的反射，在接收電路中將檢測到信號，這個信號被放大后，輸入到單片機中進行判別報警。
（3）多普勒傳感器。當波源與觀測者之間相對運動時，引起波的頻率的改變，這種現象稱之為多普勒效應。利用多普勒效應可以制成多普勒效應傳感器。當人體或物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號與原信號間產生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進行放大，再經多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號響應相關的直流輸出電平。
（4）CCD傳感器。CCD傳感器是一個由光敏二極管構成的光電傳感器陣列。其結構為行間轉移型。這種器件光敏面積大，靶面利用率高。當景物的光學圖像，經由攝像物鏡投射到這個陣列上時，由于各光敏二極管受光的強弱不同而感生出不同量的光電荷。這些感生電荷，經過一定時間（一場）的積累，在轉移柵的控制下，水平地移送到與像元對應的設置在光敏元旁邊的垂直移位寄存器中，而后又在行轉移脈沖的控制下，將電荷移送到水平移位寄存器，并由水平移位時鐘控制依次向輸出端轉移，最后由輸出電路輸出視頻信號。由CCD傳感器輸出的視頻信號已具有較大幅度（0.5V以上），經由處理電路進行處理（包括自動增益控制、校正、同步信號混合、功率放大等），在終端得到全電視信號輸出。
這四種傳感器從人體輻射的紅外線、人體對超聲波的反射、人體移動引起波的頻率的改變和人體圖像等不同方面監測人體入侵的情況，基本上可以實現人體入侵的全部源信息的采集，從最大程度上消除報警信息的不確定性，提高報警的準確率。
3、報警系統的組成
3.1系統的硬件結構
集成多傳感器的防盜監測報警系統的硬件框圖如圖1所示。
圖1 多傳感器集成防盜報警系統硬件框圖
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，將信息分別傳遞到各自的信號調理電路進行放大、濾波去干擾和A/D轉換，并將調理后的信息傳送至單片機，由單片機進行數據預處理，實現對人體入侵情況的判斷并進行報警。在組網應用中，信息被傳到上位機——PC機或工控機，由上位機進行信息處理，實現對整體情況的監測。
3.2 多傳感器技術中的數據融合技術
多傳感器集成數據融合的模型主要可分為功能、結構和數學模型等。功能模型從融合的過程出發，結構模型從信息融合的組成出發，而數學模型則是信息融合算法和綜合邏輯。
按照信息抽象的五個層次，各相應的將信息融合分為五級，即檢測級融合、位置級融合、目標識別級融合、態勢評估與威脅估計。由于融合本身主要發生在檢測、位置和目標識別級，因而在討論結構模型時，只考慮前三級的融合結構。本文僅僅討論檢測級的幾種數據融合結構模型。
在數據檢測級，數據融合的結構模型主要有串行、并行、帶反饋并行、樹狀和分散等幾種類型。針對不同的目標和應用領域，可以選用一種或幾種結構混合使用。在防盜監測中，可以采用如圖2所示的串行數據檢測融合結構模型，能夠較為準確地獲取現場人體入侵的情況。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，進行判決，把結果傳到超聲傳感器（U）節點，在此融合這兩個傳感器的檢測結果形成一個新的判決，依次類推，再傳到多普勒傳感器（T），CCD傳感器（C）構成的節點，最后融合輸出判決結果。
另外也可以采用如圖3所示的并行的數據融合結構。在并行結構中，四個傳感器的檢測數據在數據融合中心同時被處理，無論是出現哪一種情況，都將被檢測并傳送至單片機，然后輸出結果。并行方式的特點是，報警設置簡單，明確，同時誤報的可能性也大一些，可以采用硬判決方式，簡化數據檢測的處理，使得硬件簡單化。
圖2 串行結構模型示意圖
圖3 并行結構模型示意圖
還可以采用串并行的混合融合結構，這樣能更全面的反映所檢測的環境的人體入侵情況，其結構如圖4所示。每一個線性均可單獨作為一個結果輸出，同時還能就融合的判決輸出。
圖4 串并行混合結構模型示意圖
4、結束語
多傳感器集成與信息融合技術目前在自動控制、軍事、航空導航等領域的應用已經取得了很大的成功。隨著傳感器技術、計算機技術以及信息技術的高速發展，多傳感技術也將得到不斷地發展，并逐漸應用在防盜報警系統等其他各個領域。
參考文獻：
[1 ] 李華主編 .MCS-51系列單片機實用接口技術. 北京: 北京航空航天大學出版社,1999
[2 ] 何希才編著 . 傳感器及其應用. 北京: 國防工業出版社, 2002.
[3 ] Horst Ahlers著, 王磊等譯 . 多傳感器技術及其應用. 北京: 國防工業出版社, 2001
[4 ] 何友等著 . 多傳感器信息融合及應用. 北京: 電子工業出版社, 2000
[5 ] 丁鎮生編著 . 傳感器及傳感器技術應用. 北京: 電子工業出版社, 1998
[6 ] 李瑜芳編著 . 傳感技術. 四川: 電子科技大學出版社, 1999
[7 ] 劉同明等編著 . 數據融合技術及其應用. 北京: 國防工業出版社, 2000
[8 ] 劉迎春等編著 . 現代新型 傳感器原理與應用. 北京: 國防工業出版社, 1998
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