入侵体探测报警器和入侵体探测报警方法.pdf

本发明提供了一种入侵体探测报警器，该报警器包括相互连接的收发模块(1)和分析模块(2)，其中，所述收发模块(1)用于发射脉冲信号并接收回波，并用于将接收到的回波进行模数转换得到当前回波数据，且将该当前回波数据传送到分析模块(2)，所述分析模块(2)包括：入侵体确定单元(22)，用于将从所述收发模块(1)接收的当前回波数据与预设环境回波数据进行比较以确定入侵体是否存在；和报警信号生成单元(21)，用于当确定有入侵体存在时，生成报警信号。本发明提供的入侵体探测报警器，由于采用了数字信号处理技术，

1、  一种入侵体探测报警器，该报警器包括相互连接的收发模块(1)和分析模块(2)，其特征在于，所述收发模块(1)用于发射脉冲信号并接收回波，并用于将接收到的回波进行模数转换得到当前回波数据，且将该当前回波数据传送到分析模块(2)，所述分析模块(2)包括：入侵体确定单元(22)，用于将从所述收发模块(1)接收的当前回波数据与预设环境回波数据进行比较以确定入侵体是否存在；和报警信号生成单元(21)，用于当确定有入侵体存在时，生成报警信号。

2、  根据权利要求1所述的入侵体探测报警器，其中，所述分析模块(2)还包括连接到所述入侵体确定单元(22)的管理单元(23)，该管理单元(23)用于在启动所述入侵体报警器时，将从收发模块(1)接收到的当前回波数据作为预设环境回波数据存储，并且在启动之后向入侵体确定单元(22)输出参与比较的预设环境回波数据。

3、  根据权利要求2所述的入侵体探测报警器，其中，所述管理单元(23)中存储的预设环境回波数据被周期性地自动触发更新或者手动触发更新。

4、  根据权利要求2所述的入侵体探测报警器，其中，所述入侵体确定单元(22)按如下方式确定入侵体是否存在：
从当前回波数据中确定当前回波数量；
从预设环境回波数据中确定预设环境回波数量；
将当前回波数量与预设环境回波数量进行比较；以及
在当前回波数量比预设环境回波数量增多达到预设增值，且持续增多达到预设时间值时，确定入侵体存在，其中所述预设增值和所述预设时间值通过所述管理单元(23)而被自动或手动设置。

5、  根据权利要求2所述的入侵体探测报警器，其中，所述入侵体确定单元(22)还用于从当前回波数据与预设环境回波数据的比较中确定入侵体的位置信息，并将该入侵体的位置信息传送到所述报警信号生成单元(21)，所述报警信号生成单元(21)根据该入侵体的位置信息而发出代表入侵体与所述入侵体探测报警器的接近程度的多级报警信号；所述报警信号生成单元(21)发出的多级报警信号各自所代表的入侵体接近程度的界定值通过所述管理单元(23)而被自动或手动设置。

6、  根据权利要求1所述的入侵体探测报警器，该入侵体探测报警器还包括连接到分析模块(2)的报警模块(3)，该报警模块(3)包括警示灯、警铃和报警主机中的至少一者，该报警模块(3)用于根据所述报警信号生成单元(21)发出的报警信号来触发报警模块(3)中的警示灯、警铃和报警主机中的至少一者。

7、  根据权利要求1所述的入侵体探测报警器，其中，所述收发模块(1)发射的脉冲信号为脉冲式超声波。

8、  根据权利要求1所述的入侵体探测报警器，其中，所述收发模块(1)包括用于发射和接收信号的4个探头，该4个探头分别为第一探头(11)、第二探头(12)、第三探头(13)和第四探头(14)，设定具有X轴、Y轴和Z轴的直角坐标系，以所述四个探头的安装面为XY平面，则XZ平面和YZ平面分别垂直于XY平面并互相垂直，所述第一探头(11)、第二探头(12)、第三探头(13)和第四探头(14)分别围绕所述直角坐标系的零点设置在X轴与Z轴正轴、Y轴负轴定义的空间中，且相对于Y轴负轴对称，第一探头(11)和第四探头(14)的出射中心线在YZ平面上的投影与Y轴负轴的夹角均为φ，其中85°≤φ≤95°，第一探头(11)和第四探头(14)的出射中心线在XZ轴上的投影与X轴负轴的夹角分别为α和β，其中0°≤α≤120°，60°≤β≤180°，而第一探头(11)和第四探头(14)的出射中心线在XY平面上的投影与X轴负轴的夹角分别为δ和γ，其中-5°≤δ≤5°，175°≤γ≤185°；第二探头(12)和第三探头(13)的出射中心线在YZ平面上的投影与Y轴负轴的夹角均为θ，其中25°≤θ≤35°，第二探头(12)和第三探头(13)的出射中心线在XY平面上的投影与X轴负轴的夹角分别为60°和120°，而第二探头(12)和第三探头(13)的出射中心线在XZ平面上的投影与X轴负轴的夹角分别为30°和150°。

9、  一种入侵体探测报警方法，其特征在于，该入侵体探测报警方法包括：
发射脉冲信号并接收回波；
将接收到的回波转换成数字信号以作为当前回波数据；
将所述当前回波数据与预设环境回波数据进行比较以确定入侵体是否存在；以及
当确定有入侵体存在时，生成报警信号。

10、  根据权利要求9所述的入侵体探测报警方法，其中，将开始启用所述入侵体探测报警方法时所获得的当前回波数据作为预设环境回波数据存储。

11、  根据权利要求10所述的入侵体探测报警方法，其中，所述预设环境数据被周期性地自动或手动触发更新。

12、  根据权利要求9所述的入侵体探测报警方法，其中，将所述当前回波数据与预设环境回波数据进行比较以确定入侵体是否存在的步骤包括：
从当前回波数据中确定当前回波数量；
从预设环境回波数据中确定预设环境回波数量；
将当前回波数量与预设环境回波数量进行比较；以及
在当前回波数量比预设环境回波数量增多达到预设增值，且持续增多达到预设时间值时，确定入侵体存在；其中，所述预设增值和所述预设时间值被自动或手动设置。

13、  根据权利要求9所述的入侵体探测报警方法，其中，所述报警信号为代表入侵体的接近程度的多级报警信号，所述入侵体探测报警方法还包括根据该多级报警信号中的一者来触发警示灯、警铃和报警主机中的至少一者。

入侵体探测报警器和入侵体探测报警方法
技术领域
本发明涉及安全防护领域，更特别地是涉及一种入侵体探测报警器和入侵体探测报警方法。
背景技术
安全防护问题关乎人们的生命财产安全，一直是人们关注的热点。各种场所都在加强安保力量，各种类型的报警设备也应运而生。然而目前居民楼、大厦等普通建筑的安防力量相对较为薄弱，这些普通建筑就成为了犯罪分子的目标，近年来攀爬楼宇入室盗窃的案件时有发生，严重危及广大人民群众的利益。
当前，常用的安防报警设备主要包括红外报警器、微波报警器、声控报警器、超声波报警器、摄像机监视等。
其中，红外报警器防范线为直线，布防范围小，且造价较高，受阳光、空调等的影响较大，不适于室外安装。微波报警器主要有收发分体式微波报警器和微波入侵报警器两种，收发分体式微波报警器采用收发分体式设备，在发射器和接收器之间形成微波墙来进行布防，其防线无方向性，且微波穿透力强，安装在大厦外时，其射频的电磁场对于室内活动人员和室外的攀爬人员具有同样的报警灵敏度，极易误报；微波入侵报警器采用多普勒雷达原理根据接收到的回波的多普勒频移来判断是否有人入侵，但由于微波穿透力强，这种报警器仍不能达到对室内活动人员进行屏蔽的作用，且环境中的金属物体对微波反射较强，容易在空调柜等大面积的物体背后形成探测盲区，造成防范漏洞。声控报警器造价比较低，但是误报率高，只适用于较为安静的场所，不适于市内楼房外的嘈杂环境。市场现有的超声波入侵探测器，通过超声波发射器发射超声波，在有效距离内如有活动目标反射，则回波频率与原发射频率将会有多普勒频差，该频差则引起报警；这种器材比较便宜，且相比于微波入侵式探测器，由于超声波不像微波穿透力那么强，所以室内人员的活动不易引起误报，是目前比较适合家庭使用的防范探测器。
但是目前的这种简单的超声波入侵探测器、微波入侵探测器，都是利用模拟电路对多普勒频移进行比较来确定是否报警，而不能对数据进行智能分析，且具有模拟电路的典型缺点，易发生温度偏移，温湿度稳定性差，在环境变化较大的室外使用极易误报。
发明内容
本发明针对现有的报警器和报警方法使用模拟信号不能进行智能分析、稳定性差、误报率高的缺点，提供了一种入侵体探测报警器和入侵体探测报警方法，该报警器和报警方法具备智能分析功能以及较高的稳定性和较低的误报率。
本发明提供的一种入侵体探测报警器，该报警器包括相互连接的收发模块和分析模块，其中，所述收发模块用于发射脉冲信号并接收回波，所述分析模块用于根据从收发模块接收到的回波来确定是否有入侵体存在，并用于将接收到的回波进行模数转换，得到当前回波数据，且将该当前回波数据传送到分析模块，所述分析模块包括：入侵体确定单元，用于将所述当前回波数据与预设环境回波数据进行比较以确定入侵体是否存在；和报警信号生成单元，用于当确定有入侵体存在时，生成报警信号。
本发明提供的入侵体探测报警器，采用了收发模块发射并接收脉冲信号，比如优选为发射并接收脉冲式超声波，然后分析模块将接收到的信号转换成数字信号作为当前回波数据，并将该当前回波数据与预设环境回波数据进行比较，由比较所得出的环境数据的变化来确定是否报警；而现有技术中的报警设备多为发射某种类型的探测波，然后对模拟回波直接进行多普勒比较，按回波的到达时间差为采样量，进行模拟电路的放大处理，判定探测范围内有物体的移动并发出报警信息。相比于现有技术，本发明则为数字化设计，不再通过确定多普勒频移来判断是否有人入侵，即不再采用判定多普勒频移的模拟电路，因而克服了模拟电路所固有的温度漂移等缺点。同时，由于根据本发明的报警器先将接收到的回波信号转换为数字信号，再进行数据比较，这样其数字化程度大大增加，能处理并改变很多参量，可对数据进行多种智能化处理。而且，根据本发明的优选实施方式能够定期识别周围环境的固定物体来更新预设环境回波数据以及定期识别环境中因雨、雪、风等天气显现而引起的预设环境回波数据变更，以实现智能环境识别、智能灵敏度调节，并且具有智能小物体识别、智能报警界定以及智能系统维护等功能，本发明的优选实施方式使得报警器能够适应不同的环境，并且实现灵敏度和误报率的较好折衷。
附图说明
图1是本发明提供的入侵体探测报警器的组成框图；
图2是本发明提供的入侵体探测报警器的收发模块的组成框图；
图3是本发明提供的入侵体探测报警器的探头设置方向的主视示意图；
图4为本发明提供的入侵体探测报警器的探头设置方向的左视示意图；
图5为本发明提供的入侵体探测报警器的探头设置方向的俯视示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种入侵体探测报警器，该报警器包括相互连接的收发模块1和分析模块2，其中，所述收发模块1用于发射脉冲信号并接收回波，所述分析模块2用于根据从收发模块1接收到的回波来确定是否有入侵体存在，并用于将接收到的回波进行模数转换，得到当前回波数据，且将该当前回波数据传送到分析模块2，所述分析模块2包括：入侵体确定单元22，用于将所述当前回波数据与预设环境回波数据进行比较以确定入侵体是否存在；和报警信号生成单元21，用于当确定有入侵体存在时，生成报警信号。
其中，入侵体主要指人体，比如攀爬建筑物的人，入侵体的进入会引起原有环境的回波的变化，并且人体引起的原有环境的回波的变化与飞鸟等小动物体引起的回波变化有所不同，这样根据当前回波与原有环境回波的变化以及变化程度，可以确定出入侵体是否存在。
收发模块1所发射的信号可以为常用的微波、超声波等，优选为穿透能力不太高的超声波以避免所安装的建筑物的室内人员的活动引起误报。收发模块1中可以包括几个指向不同方向的用于发射和接收信号的探头，以便其发射的信号能够最大程度地覆盖楼外区域，优选地，本发明提供的入侵体探测报警器包括设置在底座上的4个探头，这4个探头指向本发明设计的如表1所述的4个特定方向，以相控方式轮流工作来相互配合设置，使得本发明提供的入侵体探测报警器在大厦外墙上安装时，能够布置一个扇形的防范区域，尽量扩展水平探测范围，方向性指向左、右和下方，不受墙壁的干扰，不射向建筑物墙内方向，全面探测沿墙外各个方向攀爬的入侵体，实现探测区域的全方位覆盖。设这4个探头分别为第一探头11、第二探头12、第三探头13和第四探头14，图3、图4和图5分别示出了的主视图、左视图以及俯视图，参照图3、图4和图5，设定具有X轴、Y轴和Z轴的直角坐标系，以所述四个探头的安装面为XY平面，则XZ平面和YZ平面分别垂直于XY平面并互相垂直，所述第一探头11、第二探头12、第三探头13和第四探头14分别围绕所述直角坐标系的零点设置在X轴与Z轴正轴、Y轴负轴定义的空间中，且相对于Y轴负轴对称，第一探头11和第四探头14的出射中心线在YZ平面上的投影与Y轴负轴的夹角均为φ，其中85°≤φ≤95°，优选地φ＝90°，第一探头11和第四探头14的出射中心线在XZ轴上的投影与X轴负轴的夹角分别为α和β，其中0°≤α≤120°，60°≤β≤180°，可根据安装现场的需要手动调节，优选地α＝30°，β＝150°，而第一探头11和第四探头14的出射中心线在XY平面上的投影与X轴负轴的夹角分别为δ和γ，其中-5°≤δ≤5°，175°≤γ≤185°；优选地δ＝0°，γ＝180°；第二探头12和第三探头13的出射中心线在YZ平面上的投影与Y轴负轴的夹角均为θ，其中25°≤θ≤35°，优选地θ＝30°，第二探头12和第三探头13的出射中心线在XY平面上的投影与X轴负轴的夹角分别为60°和120°，而第二探头12和第三探头13的出射中心线在XZ平面上的投影与X轴负轴的夹角分别为30°和150°。表1中清楚地示出了第一探头11、第二探头12、第三探头13和第四探头14的出射中心线在XY平面、XZ平面及YZ平面上的投影与X轴负轴和Y轴负轴的夹角关系。并且，为了更有利于室外安装使用，探头使用塑料的整体结构，并且在防风雨方面，并不是采用像以往的密封措施，而是使用导流手段，即允许雨雪水渗入，而在各个探头的外表面设置凹槽，通过凹槽将雨雪水导流到入侵体探测报警器的下部流出，避免雨水存积影响探测装置的探测功能。这样的结构比较简单，也有助于散热，加工和安装都比较方便。
表1


如图2所示，收发模块1中的信号发生单元首先生成脉冲式超声波信号，经分时控制开关，分别传送到4个功率放大单元和4个阻抗匹配单元，到达相对应的4个探头：第一探头11、第二探头12、第三探头13和第四探头14，然后探头按相控方式顺序发射雷达脉冲式超声波，并接收由附近物体反射回来的回波，将这些回波经分时两级放大器和距离变倍放大器来对回波进行高倍数、高信噪比的放大处理，其中距离变倍放大器可以对不同距离的回波按需要进行不同倍数的放大以适应对入侵体的探测，经过放大后的回波信号再经滤波电路和整形电路，以将接收到的模拟回波转换成数字信号，以作为用来进行后续入侵体判定的当前回波数据。在收发模块1中可以设置一个处理器，控制收发模块1中的分时控制开关、分时两级放大器、距离变倍放大器以及滤波电路和整形电路，来实现管理多个探头的发射顺序、雷达脉冲式探测及接收时序、多个探头之间的切换以及放大倍数的调整等处理操作，该处理器可以集成在如集成电路GM3101内部。
分析模块2包括入侵体确定单元22和报警信号生成单元21。
入侵体确定单元22将转换后的数字信号与预设环境回波数据进行比较，以确定是否有入侵体(主要是人体)存在。所述分析模块2还包括连接到模数转换单元21和入侵体确定单元22的管理单元23，该管理单元23用于在一环境中首次启动所述入侵体报警器时，启动自学习程序来将从收发模块1中接收到的当前回波数据作为预设环境回波数据存储，即实现自动识别没有入侵体时的环境数据的功能；并且在启动之后向所述入侵体确定单元22输出参与比较的所述预设环境回波数据。并且，所述预设环境回波数据还可以周期性地自动触发更新或手动触发更新，即该报警器能够周期性地进行对周围环境识别而周期性地更新预设环境回波数据，或者根据操作者的手动触发而更新预设环境回波数据，即能够在周围环境新安装物体(例如空调柜)后，重新记忆预设环境回波数据，优选地，所述入侵体探测报警器在安防探测过程中可以周期性地进行预设环境数据的更新，且不影响该入侵体探测报警器进行安防探测。这样，就使得本发明提供的入侵体探测报警器具有了自学习、自调整能力，能够定期检测并更新预设环境回波数据且对于预设环境回波数据的调整及更新并不影响入侵体探测报警器的正常工作。
所述入侵体确定单元22根据当前回波数据与预设环境回波数据的不同程度来确定是否存在入侵体。对于比较两者的不同之处，可以比较回波数据中所包含的本领域技术人员所公知的各种信息，简单来说，可以主要比较回波数量的多少以及持续时间，即在当前回波数据比预设环境回波数据的数量增多达到预设增值以上且持续增多达到预设时间值时，则确定入侵体存在。则所述入侵体确定单元22可按如下方式确定入侵体是否存在：从当前回波数据中确定当前回波数量；从预设环境回波数据中确定预设环境回波数量；将当前回波数量与预设环境回波数量进行比较；以及在当前回波数量比预设环境回波数量增多达到预设增值且持续增多达到预设时间值时，确定入侵体存在；其中，所述预设增值和所述预设时间值由所述管理单元23设置并可自动或手动通过软件调整，从而能够调整入侵体探测报警器的灵敏度并减少误报率。
优选地，本发明提供的入侵体探测报警器还具有分级报警功能，根据入侵体的接近程度、入侵体入侵的速度等来进行不同程度的报警操作。这样，所述入侵体确定单元22还用于将所确定的入侵体的位置信息、运动信息等传送到所述报警信号生成单元21。报警信号生成单元21根据从入侵体确定单元22得到的信息来发出不同级别的报警信号，例如，若入侵体较远且运动速度较慢则发出级别较低的报警信号，而入侵体较近或者入侵体进入速度较快，则发出级别较高的报警信号。举例来说，所述报警信号生成单元21可以根据该入侵体的位置信息而发出代表入侵体与所述入侵体探测报警器的接近程度的多级报警信号；所述管理单元23还用于设置并自动或手动通过软件调整用于所述报警信号生成单元21发出多级的报警信号各自所代表的入侵体接近程度的界定值。例如可以发出三级报警信号，入侵体比较远时发出第一级报警信号用以点亮报警灯、入侵体再接近时发出第二级报警信号用以点亮报警灯和发出报警声音以及入侵体很近时发出第三级报警信号用以点亮报警灯和发出报警声音并上报报警主机。同样，所述报警信号生成单元21还可以根据入侵体的接近程度和进入速度等其它关于入侵体的信息来划分不同的报警级别，在此不再赘述。所述报警信号生成单元21可以采用本领域技术人员所公知的总线方式或无线电通讯方式向报警主机传送报警信息。另外，本发明提供的入侵体探测报警器也可以集成报警功能，即所述入侵体探测报警器还可以包括连接到分析模块2的报警模块3，该报警模块3包括警示灯、警铃和报警主机中的至少一者，该报警模块3用于根据所述报警信号生成单元21发出的报警信号来触发报警模块3中的警示灯、警铃和报警主机中的至少一者。比如，如上所述的三级报警功能，报警信号生成单元21的第一级报警信号触发报警模块3中的警示灯启动，第二级报警信号可以触发报警模块3中的警示灯和警铃两者启动，第三级报警信号可以触发报警模块3中的警示灯和警铃两者启动，并将报警信息报告给报警主机。报警主机可以采用本领域技术人员所公知的方式来完成收集和处理报警信息，并且与安防中心进行联系通讯的功能，以使发生的警情得以快速上报，同时报警主机还可以承担向下测试、检测的功能，即随时测试检测发出报警信息的设备的工作情况，保证系统的性能。
本发明还提供一种入侵体探测报警方法，其中，该入侵体探测报警方法包括：发射脉冲信号并接收回波；将接收到得回波转换成数字信号以作为当前回波数据；将所述当前回波数据与预设环境回波数据进行比较以确定入侵体是否存在；以及当确定有入侵体存在时，生成报警信号。
与本发明提供的入侵体探测报警器类似，在本发明提供的入侵体探测报警方法中，优选为发射脉冲式超声波。可以将首次得到的当前回波数据作为预设环境回波数据存储，并且该预设环境回波数据可以被周期性地自动或手动更新。所述报警信号可以为代表入侵体的接近程度、进入速度的多级报警信号，所述入侵体探测报警方法还包括根据该代表入侵体的接近程度的多级报警信号中的一者来触发警示灯、警铃和报警主机中的至少一者。所述入侵体探测报警方法中所使用的各种参量可以被周期性地更新。
下面对本发明提供的入侵体探测报警器在使用时可以实现的智能分析功能作进一步的说明。
首先，本发明提供的入侵体探测报警器具备智能环境数据识别功能，在一个地点新安装好并通电后，能够先记忆周围的环境，即收发模块1发射脉冲式超声波并接收回波且将接收到的回波信号传送到分析模块2，分析模块2将所接收的模拟回波信号经多级放大并转换成数字信号，以此作为入侵体探测报警器在工作状态时参与比较的预设环境回波数据，当有人入侵时便能够很容易的分析出不同于所记忆的预设环境回波数据的回波信号，进而确定有人入侵而引发报警。并且，则本发明提供的这种入侵体探测报警器还能够周期性地对周围环境进行识别，当周围环境新安装一些固定物体时，例如，安装了空调室外机，则本发明提供的这种入侵体探测报警器能够周期性地更新预设环境回波数据，用该更新后的预设环境回波数据来参与比较以确定是否有人入侵，比如，突然有人攀爬等。
另外，一般来说，现有技术中的报警设备在灵敏度和误报之间的界定是固定的，在周围的自然条件变化时，比如刮风下雨时，或者温度变化较大时，误报率就必然比良好天气条件下的误报率高。然而，本发明提供的入侵体探测报警器能够具有根据天气条件的智能灵敏度调节功能，即能够根据外界干扰的变化随时改变预设灵敏度来获得不同干扰条件下的灵敏度和误报率的较优折衷。与预设环境回波数据的获取同步，在本发明提供的入侵体探测报警器安装到位后，该报警器的分析模块2中的管理单元23记忆预设环境回波数据，这种预设环境回波数据包括了周围天气条件等干扰的回波，每隔一定的周期，报警器就再次识别更新预设环境回波数据，这样更新后的预设环境回波数据就包括了在新的天气条件下的周围环境的回波。用这样得到的预设环境回波数据参与比较，可以将天气条件等周围环境的干扰考虑在内，且相应地调整入侵体确定单元22所需要的预设参量，从而调整入侵体探测报警器的灵敏度，提高报警准确性并减少误报率。
再者，现有技术中的超声波入侵探测器，是根据动态物体回波的多普勒频移来确定入侵体的存在的，这样就不能避免地受到非人体的动态小物体的进入的影响而引起误报，比如有小鸟飞过引发报警等。然而，本发明提供的入侵体探测报警器不是比较回波的多普勒频移，而是将回波信号转换成数字信号来进行数据的分析与比较，这样，由于小物体引起的回波的数量的增加、持续时间等与人体引起的回波的数量的增加以及持续时间并不相同，对回波信号所转换成的数字信号进行直接处理可以对数字信号进行回波增加数量以及持续时间的分析，进而实现智能小物体识别功能。
为更好地实现报警防护功能，本发明提供的入侵体探测报警器还加入了分级报警功能，比如根据入侵体的接近程度来划分报警级别，用不同的方式提出报警警报，报警级别的设定以及报警级别的界定值可以根据需要随时进行调整。
在使用本发明提供的入侵体探测报警器时，其安装位置可以根据需要选择，比如安装在靠近搂底处以防止向上攀爬，或者可以安装于靠近楼顶处以防止从顶部向下攀爬；可以独立安装使用，用作单一用户的安防报警处理，也可以集群式使用，用作整幢大厦的安防报警处理。本发明提供的入侵体探测报警器，由于使用了数字信号处理技术，使系统具有智能数据分析功能，从而能更好地实现报警准确性，能够充分满足居民搂的室外报警需要。