应用于智能报警系统的脚步振动信号的研究
引言
基于脚步振动信号的智能报警系统，在安全领域是一个新的课题。若要实现报警效果的智能化，深入对脚步振动信号的认知是一个必不可少的过程。由于此报警系统含有上位机和下位机两个模块，智能化不可避免的要同时在两个部分都有实现才更加合理，即一个智能化采集报警下位机装置、一个智能化上位机信号分析系统。脚步振动信号的一些时域特征是实现下位机部分智能化的关键，也是本研究的出发点。论文将从振动信号的应用现状来阐述振动的信号的应用前景，并从振动及振动信号的基本理论出发，得出脚步振动信号的那些能够智能化的特征参数。希望研究能为后续工作的展开做好理论支持，并且能够得到后续工作的支持。
1 应用现状
振动信号的应用在计算机应用领域并不是很广泛，人们更多的关注的是语音等音频信号。但是在其它领域振动信号得到了广泛的应用，比如设备故障监测、工程物探、质量检测、战场监控等。下面将从这几个方面来详细论述：
在机器的运行过程中，机器的运转要产生振动，不断的振动就是一系列振动信号，在正常情况下从机器上得到的振动信号是一种复杂的周期性振动，对于每个周期而言，它的振动是随机的，但是对于同一种设备来说，这个随机又是确定，所以说这个振动应该说是一个确定的周期性振动，一旦发生机器的某一部分运转不正常，这个振动信号的每个周期就会出现不同的波动反应[1]。从而与实践联系就能得到设备是否发生故障，是哪部分发生故障。在这方面技术可以说技术已经很成熟。但是对我们所要研究的信号似乎没有什么帮助[1]。
在工程物探和质量检测上，这两个分类其实可以说是一个只是同样的仪器用在了不同的作用上而已。在工程物探非性手段中，利用弹性波理论的仪器大量出现，甚至在煤，石油的勘查中用到的仪器，也多是人工产生震源，采集地震波信号，用来分析得出结论[2]。在浅层物探和质量检测中，方法也是大同小异。在我最熟悉的陆地声纳法中，采用的就是对人工锤击振动信号的采集，分析地下或者掌子面前方的地质情况[3]。在质量检测上，就是得出混凝土的厚度、中间是否有空洞、钢筋含量是否足够等结论[4]。从这个方面来说，采集装置应当是我们的参考，便是关于智能化采集还要靠进一步的研究工作。
另一个方面的应用，虽说有人的参与但是从现在战争来看似乎更多的是机械的参与。不过在战场侦察中振动信号的侦测还是很有效的，振动信号本身具有灵敏性高、传播距离远等特性[5]。使得振动信号在战场上有了更广阔的舞台。
从以上的几个应用可以看出，振动信号作为一种地震波信号，能够通过多种方式应用，脚步振动信号，不仅有着振动信号的优势，还有着人行为的复杂性，这即为信号增加了复杂性，也同时为智能化报警提供了一个契机。
2 理论分析
振动是物体在其平衡位置附近所作的往复运动。
振动波包括体波、面波，体波又分为横波、纵波。振动波是一种能量的传输过程，当振动波通过某一质点时，质点的.运动规律就是振动。
振动信号是一个数字信号的概念，当物体振动时，它的加速度或者说速度是一个不断变化的过程，正好体现了通过此物体的振动波的波动情况。通过附在物体上的传感器以电压变化的方式把这种振动过程体现出来，得到的一系列数字化的数据，就是我们所要研究的振动信号。
振动波在固体里传输，是同时存在两种体波，而且波在固体的传播速度快，由于弹性系数高，衰减小，传播距离更远也更灵敏。当振动波传播到固体与其它介质的分界面时，比如说空气，由于空气的弹性系数比较低，没有了高弹性物质的压制，振动波在交界面上会产生大于在固体中振幅的面波，同时产生剧烈的能量损失。
声波也是振动波（弹性波）的一种，由于空气中不存在切应力，在空气中只能传播纵波，从空气中采到的声音信号是振动波在空气中的传输。