基于回波包络的超声波入侵探测方法李侠1，叶哲江2（昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明650051）摘要：（目的）在比较、分析几种常用的超声入侵探测方法的基础上，提出了基于回波包络的入侵探测方法。（方法）通过对接收到的超声回波的分析，总结得出回波的主要特性。在提取回波的包络后，利用小波变换的方法提取包络的特征点。（结论）通过对实际信号的处理分析，证明该方法能够有效、准确的判断是否有入侵。关键词：超声波；包络检测；入侵探测；信号处理：TB553文献标识码：A1引言（研究的重要意义）入侵探测器是入侵报警系统的前端设备，是整个报警系统的关键部分，它在很大程度上决定着报警系统的性能指标，如探测范围、探测灵敏度、误报率、漏报率等。（前人的研究进展）超声波入侵探测器是利用超声波的能量来对防范场所进行探测。在防范区域内，由于不同物体的反射，使得发射的超声波可以到达防范区域的每个角落，因此，用超声波做入侵探测基本可以达到防范区域内无死角。基于超声波的各种优点，超声波入侵探测器在我国曾得到广泛的应用。（研究解决的关键问题）但是由于技术不够成熟导致这种探测器误报率较高，因此近年来的应用越来越少。鉴于该情况，本文提出了一种基于回波包络的分析方法，能够有效的提高探测灵敏度，减少误报、漏报。12常用超声波入侵探测的方法和缺点2.1基于多普勒频偏的超声波入侵探测多普勒效应是指：波源和观察者有相对运动时，观察者接收到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。当观察者向着波源运动时接收到的频率大于波源频率，反之则小于波源频率。同理，当有物体（人）进入防范区域时，物体和发射源存在相对运动，当发射的超声波碰到运动的物体时，其反射波的频率会发生变化，基于多普勒效应的超声波入侵探测就是通过检测回波频率的变化来判断是否有入侵。根据多普勒效应的公式，接收到的回波频率为：其中，为换能器的震荡频率；为常温下超声波在空气中的传播速度；为物体的移动速度。假设物体的移动速度为0.1m/s，换能器的振荡频率为40KHz。超声波的传播速度为340m/s，则接收到的回波频率Hz，在观察时间为50ms的情况下,最大频率分辨率约为Hz，而Hz，因此在最高频率分辨率大于回波频率与发射频率之差时，系统很难将原发射频率和接收到的回波频率区分开。从而产生漏报的情况。缺点：物体移动缓慢或处于静止状态会产生漏报；若入侵物体表面对超声波的吸收太强，使得1收稿日期：2008-12-26作者简介：李侠（1987—），女，昆明理工大学，研究生，主要研究方向为通信信号处理。Email：lixia.821@163手机：15987192052探测频率段的能量非常低，引起漏报。2.2基于测距法的超声波入侵探测顾名思义，基于测距法的入侵探测器，是通过检测声波发生器到反射物体的距离来判断是否有物体入侵。其原理如图1所示。无入侵时接受到的回波主峰为发生器正对着的墙面反射的回波（如图1(a)所示），当有物体入侵时，由于物体介于声波发生器和主反射面之间，使得接收到的主回波变为入侵物体反射的回波（如图1(b)所示）。假设回波的到达时间为t，则探测距离，其中c为超声波在空气中的传播速度。图1基于测距法的超声波入侵探测原理图Figure1Basedonultrasonicdistanceofintrusiondetectionschematic缺点：若入侵物体表面对回波的吸收效果很好，则可能导致第一个回波波峰很小甚至消失，使得该方法失效；若入侵物体所处的位置并不是发生器正对的墙面，而是有所偏移，则接收到的主回波仍为无入侵时墙面的反射波，从而引起漏报。3超声波回波信号分析本文采用超声波序列脉冲向防范区域内进行发射，在这一特殊的超声场中，由于内部不同物体的反射波和射入波的干涉，从而形成了不同的信号波形。如果防范区域内物体的摆放位置不变或无物体入侵时，该波形处于一个稳定的状态。当有物体进入该区域时，该物体同时也做为超声波的一个反射面，改变超声波的反射次数，以及物体表面物质对超声波的吸收，使得回波到达接收端的时间及幅度有所差异，从而使得不同的反射分量在时域上叠加，导致回波信号时域波形的变化。因此可通过比较接收到的回波波形与无入侵时的回波波形的差异来...