RU2568142C1 - Method of detecting moving ground objects from seismic signal - Google Patents
Method of detecting moving ground objects from seismic signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568142C1 RU2568142C1 RU2014127084/28A RU2014127084A RU2568142C1 RU 2568142 C1 RU2568142 C1 RU 2568142C1 RU 2014127084/28 A RU2014127084/28 A RU 2014127084/28A RU 2014127084 A RU2014127084 A RU 2014127084A RU 2568142 C1 RU2568142 C1 RU 2568142C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- ratio
- weighted average
- component
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
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.The proposed method relates to the field of alarm systems and technical means of protection and can be used to protect sections of the terrain and approaches to objects, in reconnaissance and alarm systems and in devices for controlling the undermining of engineering ammunition.
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.A known method of detecting moving objects at a guarded boundary [1], which consists in registering a seismic signal in several predetermined frequency bands, determining the spectra of recorded seismic signals, analyzing the high-frequency and low-frequency components of the spectrum of the seismic signal, by the ratio between which they judge the approach or removal of a moving object.
Недостатком является низкая помехозащищенность, так как обнаружение происходит при простом превышении уровнем сигнала заданного порового значения.The disadvantage is low noise immunity, since detection occurs when the signal level simply exceeds a predetermined pore value.
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.Of the known closest in technical essence is a method for detecting moving objects by a seismic signal [2], according to which a seismic signal of an object is recorded, a weighted average frequency of the spectrum is formed in the low-frequency band of the spectrum corresponding to the effective frequency band of the useful signal, and the high-frequency component of the signal, the ratio of these characteristics (informative feature) is compared with a threshold value.
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.The informative part of the spectrum of signals of a moving person and equipment (effective frequency band of a useful signal) lies in the range of 5 ... 25 Hz, i.e. is relatively low-frequency, and the spectrum of a number of interference (rain, thunder, etc.) is relatively high-frequency and lies in the range of 100 ... 150 Hz.
По низкочастотной полосе спектра сигнала, получаемого на выходе полосового фильтра с полосой пропускания 5…25 Гц, формируется средневзвешенная частота спектра.On the low-frequency band of the spectrum of the signal received at the output of the band-pass filter with a passband of 5 ... 25 Hz, a weighted average frequency of the spectrum is formed.
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.The high-frequency component of the signal is calculated from the initial signal as the ratio of the number of positive and negative extrema of the input seismic signal over a fixed time interval to the duration of this interval.
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.A decision to detect an object is made based on the results of comparing an informative feature with a threshold value. The threshold value is determined in advance by the seismic signal of the seismic background recorded in adverse conditions (rain, strong wind, thunderstorm, etc.) to increase the noise immunity of the device. The nature of the change in the analyzed informative feature determines the approximation (with increasing ratio) or distance (with decreasing ratio) of the object from the seismic receiver.
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.The disadvantage of this method is the low detection range caused by the constancy and relatively high level of the threshold, which is determined to increase the noise immunity of the seismic signal of the seismic background in adverse conditions.
Предлагается использовать адаптивный (следящий) порог, значение которого зависит от конкретных условий эксплуатации системы. Следящий порог складывается из двух слагаемых - адаптивной и постоянной составляющих.It is proposed to use an adaptive (tracking) threshold, the value of which depends on the specific operating conditions of the system. The tracking threshold is made up of two terms - adaptive and constant components.
Значение порога предлагается формировать по следующему правилу:The threshold value is proposed to be formed according to the following rule:
1) АСПn=АСПn-1+ΔАСП, если ИПn>ИПn-1 1) TSA n = TSA n- 1 + Δ ASP, if PI n > PI n-1
илиor
АСПn=АСПn-1, если ИПn≤ИПn-1;TSA n = TSA n-1 , if PI n ≤ SI n-1 ;
2) АСПn=ИПn, если ИПn<АСПn,2) TSA n = PI n , if PI n <TSA n ,
3) СПn=АСПn+ПСП,3) SP n = TSA n + SRP,
где АСПn, АСПn-1 - значения адаптивной составляющей следящего порога в n-ом и (n-1)-ом временном окне анализа соответственно,where TSA n , TSA n-1 are the values of the adaptive component of the tracking threshold in the n-th and (n-1) -th analysis time windows, respectively,
ΔАСП - приращение адаптивной составляющей порога следящего порога,ΔASP - increment of the adaptive component of the threshold of the tracking threshold,
ИПn, ИПn-1 - значения информативного признака в n-ом и (n-1)-ом временном окне анализа соответственно,PI n , PI n-1 - values of the informative feature in the n-th and (n-1) -th time window of the analysis, respectively,
СПn - значение следящего порога в n-ом временном окне анализа,SP n - the value of the tracking threshold in the n-th time window of the analysis,
ПСП - постоянная составляющая следящего порога.PSP is a constant component of the tracking threshold.
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.The introduction of a tracking threshold is equivalent to the use of another informative feature - the rate of change of the ratio of the weighted average frequency of the spectrum in the effective frequency band of the useful signal and the high-frequency component of the signal. For useful signals, due to a change in the amplitude and frequency composition of the signal when an object is approaching or moving away, the rate of change of the informative feature is noticeably higher than for a seismic background signal. The constant component of the tracking threshold is introduced to ensure high noise immunity and is selected from the range of 0.03 ... 0.1 V. Smaller values are taken when a person-group of people is detected, large values - when a technique is detected.
Использование следящего порога позволяет повысить дальность и вероятность правильного обнаружения движущихся наземных объектов при сохранении высокой помехоустойчивости устройства.Using the tracking threshold allows you to increase the range and probability of the correct detection of moving ground objects while maintaining high noise immunity of the device.
Предлагаемый способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу иллюстрируется чертежами.The proposed method for detecting moving ground objects by seismic signal is illustrated in the drawings.
На фиг. 1, а изображен сейсмический сигнал идущего человека, движущегося в течение нескольких десятков секунд с траверзом 50 м относительно сейсмического приемника.In FIG. 1a, the seismic signal of a walking person moving for several tens of seconds with a beam of 50 m relative to the seismic receiver is shown.
На фиг. 1, б и в приведены средневзвешенная частота спектра в эффективной полосе пропускания (5…25 Гц) и высокочастотная составляющая сигнала соответственно.In FIG. 1, b and c show the weighted average frequency of the spectrum in the effective passband (5 ... 25 Hz) and the high-frequency component of the signal, respectively.
На фиг. 1, г показаны отношение средневзвешенной частоты сигнала в полосе частот 5…25 Гц и высокочастотной составляющей сигнала и следящий порог.In FIG. 1, d shows the ratio of the weighted average frequency of the signal in the frequency band 5 ... 25 Hz and the high-frequency component of the signal and the tracking threshold.
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.In FIG. 2 and FIG. Figure 3 shows similar graphs for seismic signals moving with a beam 100 m relative to the seismic receiver of the vehicle and the seismic background, respectively.
На фиг. 4 показана схема реализации устройства по предлагаемому способу.In FIG. 4 shows a diagram of the implementation of the device according to the proposed method.
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.A device that implements a method for detecting moving ground objects by a seismic signal contains (Fig. 4): 1 - a seismic receiver, 2 - a preliminary amplifier, 3 - a band-pass filter, 4 - a shaper of a time window, 5 - a shaper of the spectrum, 6 - a shaper of the number of extrema 7 - shaper of the average frequency of the spectrum, 8 - shaper of the high-frequency component of the signal, 9 - divider, 10 - shaper of the initial value of the tracking threshold, 11 - shaper of the tracking threshold, 12 - resolver.
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.The output of the seismic receiver 1 is connected to the input of the pre-amplifier 2, the output of which is connected to the input of the bandpass filter 3 and to the first input of the shaper of the number of
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.The method is as follows. To find the weighted average frequency of the spectrum in the low-frequency region of the spectrum, the seismic signal after preliminary amplification is passed through filter 3 with a passband of 5 ... 25 Hz. Further, during a sliding rectangular window, the Fourier transform is performed in the spectrum shaper 5 and the amplitude modulus of each harmonic is found. The parameters of the temporary sliding window are set in the former of the window 4. The length of the window is 3 s and its offset is 1 s. In the shaper of the weighted average frequency of the spectrum 7, the calculation of the weighted average frequency in the effective frequency band of the useful signal is performed. To determine the high-frequency component, the number of extrema in the positive and negative regions in the input seismic signal is initially calculated in the shaper of the number of
Предлагаемый способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу позволяет увеличить дальность и вероятность правильного обнаружения сейсмических средств обнаружения при сохранении их высокой помехоустойчивости.The proposed method for detecting moving ground objects by seismic signal allows to increase the range and probability of correct detection of seismic detection means while maintaining their high noise immunity.
Источники информацииInformation sources
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.1. Patent RU 2165629, G01V 1/00. Kryukov I.N., Ivanov V.A., Dyugovanets A.P., Shualov A.G. A method for detecting moving objects at a guarded line.
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.2. Patent RU 2365945, G01V 1/00. Dudkin V.A., Myasnikova N.V., Mitrokhin M.A., Firsov M.S., Volskov A.A. A method for detecting moving objects by a seismic signal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014127084/28A RU2568142C1 (en) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Method of detecting moving ground objects from seismic signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014127084/28A RU2568142C1 (en) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Method of detecting moving ground objects from seismic signal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2568142C1 true RU2568142C1 (en) | 2015-11-10 |
Family
ID=54537331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014127084/28A RU2568142C1 (en) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Method of detecting moving ground objects from seismic signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2568142C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773271C1 (en) * | 2021-09-14 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for detecting mobile objects of ground equipment |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6208247B1 (en) * | 1998-08-18 | 2001-03-27 | Rockwell Science Center, Llc | Wireless integrated sensor network using multiple relayed communications |
| RU2165629C1 (en) * | 2000-01-05 | 2001-04-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Method of detection of moving objects on line protected |
| RU59842U1 (en) * | 2006-10-03 | 2006-12-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-инженерный центр "СИНАПС" | DEVICE FOR SEISMOACOUSTIC DETECTION AND CLASSIFICATION OF MOVING OBJECTS (OPTIONS) |
| RU2365945C1 (en) * | 2008-07-09 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method for detection of moving objects by seismic signal |
-
2014
- 2014-07-02 RU RU2014127084/28A patent/RU2568142C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6208247B1 (en) * | 1998-08-18 | 2001-03-27 | Rockwell Science Center, Llc | Wireless integrated sensor network using multiple relayed communications |
| RU2165629C1 (en) * | 2000-01-05 | 2001-04-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Method of detection of moving objects on line protected |
| RU59842U1 (en) * | 2006-10-03 | 2006-12-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-инженерный центр "СИНАПС" | DEVICE FOR SEISMOACOUSTIC DETECTION AND CLASSIFICATION OF MOVING OBJECTS (OPTIONS) |
| RU2365945C1 (en) * | 2008-07-09 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method for detection of moving objects by seismic signal |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773269C1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for detection of mobile objects of ground equipment |
| RU2774733C1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-06-22 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for classifying mobile objects of ground equipment using the peculiarities of their adhesion to the soil |
| RU2773271C1 (en) * | 2021-09-14 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for detecting mobile objects of ground equipment |
| RU2800112C1 (en) * | 2022-12-12 | 2023-07-18 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Direction finding method for mobile ground objects with one three-component seismic sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100580643B1 (en) | Impact sound detection device, method and impact sound identification device and method using the same | |
| CN102045120A (en) | Vibration signal identification method for optical fiber perimeter system | |
| CN106382981B (en) | A kind of single station infrasound signal identification extracting method | |
| CN108646248B (en) | A passive acoustic velocity and ranging method for low-speed moving sound sources | |
| CN107167802A (en) | A kind of breath signal detection algorithm based on ULTRA-WIDEBAND RADAR | |
| CN112219361B (en) | Method and device for generating event statistics for intrusion detection | |
| KR101347979B1 (en) | Method and apparatus for removing noise in infra-red image for detecting target | |
| KR101677137B1 (en) | Method and Apparatus for simultaneously extracting DEMON and LOw-Frequency Analysis and Recording characteristics of underwater acoustic transducer using modulation spectrogram | |
| RU2365945C1 (en) | Method for detection of moving objects by seismic signal | |
| RU2580796C1 (en) | Method (variants) of filtering the noisy speech signal in complex jamming environment | |
| CN108280950B (en) | Defense area type optical fiber perimeter protection algorithm based on high-frequency energy distribution | |
| RU2568142C1 (en) | Method of detecting moving ground objects from seismic signal | |
| KR101555046B1 (en) | Method for detecting solar radio burst | |
| CN105424170A (en) | Shot detection counting method and system | |
| CN103217672B (en) | Motor message detection method and device | |
| CN206573720U (en) | A kind of interference rejection unit of gps system | |
| CN103885044B (en) | A kind of miscellaneous suppressing method of making an uproar of Narrow-band Radar echo based on CLEAN algorithm | |
| RU2697021C1 (en) | Method for providing required probability of false triggering of seismic signal classification device | |
| Fastykovsky et al. | Autonomous compact seismic device for detection and recognition of moving person and vehicles | |
| RU2410751C1 (en) | Apparatus for adaptive seismic direction finding of objects | |
| Flanagan et al. | Robust distributed detection using low power acoustic sensors | |
| RU2570230C1 (en) | Device for detecting moving ground objects from seismic signal with standard false triggering probability | |
| Kulkarni et al. | Analysis of seismic signal and detection of abnormalities | |
| RU2337405C1 (en) | Device for person or group detection by seismic signals | |
| RU2774733C1 (en) | Method for classifying mobile objects of ground equipment using the peculiarities of their adhesion to the soil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160703 |