多传感器探测与控制网络技术——地面运动目标震动信号探测与识别

本文重点研究了无人值守地面传感器系统的地震动探测子系统，主要内容分为三大部分，即获取地震动信息的传感器及其信号调理电路部分、地震动信号的外场采集和信号处理部分、对地震动信号特征提取进而完成目标识别部分。 文中首先对地面运动目标引起的地震波的产生和传播机理进行了深入研究，研究表明应用瑞雷波进行远距离地震目标探测是可行的。在此基础上设计了运动目标引起的地震波的信号采集系统，选用灵敏度高、抗高过载的磁电式速度传感器，对传感器信号调理电路进行微功耗设计并调试，制作的微功耗地震动探测系统能够不间断正常工作7天以上。对系统进行了静态试验和动态试验，获得大量的真实有效的数据，系统可以耐10000g的冲击过载。 文中对获取的信号进行了分析处理，对信号采用多种方法进行特征提取，包括时域过零数、频谱、功率谱、时—频分布等特征，然后在这些特征信息基础上，应用多传感器数据融合方法在特征级进行融合处理，使用统计模式识别和神经网络模式识别相结合的方法进行目标识别。系统能够对30m以内的人员、300m以内的车辆进行预警，并能根据地震动信号区分出入员和车辆，对车辆还可以进一步区分出是轮式车还是履带式车。 为了系统适应不同地域环境，文中最后对目标运动引起的地震动信号进行了理论建模和仿真，建立的数学模型可以对不同目标对地面的激励函数、不同地形地质条件的地震波进行模拟仿真，这为获取不同地域环境的目标运动引起的地震动信号提供了一种有效的方法。