本实用新型涉及一种主动防御型的智能入侵探测设备，特别是一种基于多传感器融合技术的主动防御智能入侵探测设备，属于智能安防技术、智能安居技术领域。
背景技术：
目前，安防系统一般采用红外对射技术，即通过LED红外光发射二极体发射的脉冲红外线，再经光学透镜做聚焦处理使红外线传至很远距离，由受光器接收。当红外脉冲光束被阻断时，安防系统视为有人闯入，发出声光警报，吓退闯入者，并把警报信息上传主机或主人手机上，实现安全防护的作用。
实践证明，传统安防系统存在以下诸多技术缺陷：
1、现有安防系统在工作时，当有强光照射到红外受光器上，就会阻断原红外脉冲光束，使安防系统发生误报；
2、现有安防系统在工作时，当由小动物或其他物体闯入时，也会阻断红外脉冲光束，使安防系统发生误报，不能实现对闯入物进行身份识别和判断；
3、现有安防系统在工作时，当人误入时，且没有继续有偷盗或破坏行为时，安防系统也会发出警报，不能对闯入者的动作和行为实现智能判断；
4、单纯依靠红外对射传感器进行对是否有闯入物体的判断，在发生雷电或暴雨恶劣天气时，也会发生误报情况。
由此可见，安防系统目前存在的技术难点在于如何去解决因被动性防范而产生的误报问题。
技术实现要素：
本实用新型旨在突破长期以来业内主流安防系统通过物理设施实现被动性防范、阻挡的设计理念，进而提供一种基于多传感器融合技术主动防御智能入侵探测设备。该设备能够通过二级预警机制实现主动防御、实现更高安全性和极度灵敏性，同时不受各种恶劣环境影响、避免误报漏报的情况发生。
为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种基于多传感器融合技术主动防御智能入侵探测设备，特殊之处在于，其包括：
对闯入有热源物体发出红外光线、并将转换后的光电信号整体输出的高精度红外热成像模块3；
对闯入物体进行实体扫查探测并实时成像输出的相控阵雷达探测模块1；
对闯入物的动作进行智能分析判断，适时进行声光报警并拍照留存的高清智能视频监控模块2；
与所述高精度红外热成像模块3、相控阵雷达探测模块1和高清智能视频监控模块2通讯连接并接收其发送的数据并对数据进行融合分析的数据融合及分析模块7；
用于实现数据传输的无线传输模块5；以及
对所述无线传输模块5和数据融合及分析模块7提供充电的电源模块4。
所述相控阵雷达探测模块1、高精度红外热成像模块3、高清智能视频监控模块2、数据融合及分析模块7、电源模块4和无线传输模块5安装于设备壳体6内部，六个模块之间通过数据线或电源线相连。
为了使本实用新型的设备壳体6适应室外防潮、防尘、防水的功能要求，所述设备壳体6采用法兰在航空级回宫式密封圈将所述相控阵雷达探测模块1、高精度红外热成像模块3、高清智能视频监控模块2、数据融合及分析模块7、电源模块4和无线传输模块5连接在壳体内部。
所述设备壳体6内部设有高精度霍尔传感器，用于安装设备壳体6的底座上安装有与所述高精度霍尔传感器感应配合的磁条一旦探测器离开底座，就会触发声光报警，实现防拆卸功能。
所述相控阵雷达探测模块1采用相控阵雷达技术，由8X8面阵64个微型雷达二维面阵阵列构成，频率为10.525G。
所述高精度红外热成像模块3由菲涅耳透镜和红外焦平面阵列探测器(以下简称IRFPA)构成，红外焦平面阵列探测器采用200BP高精度人体热释电感应芯片，具体工作流程为闯入监控范围内的活体发出的红外光线，根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律黑体的总辐射出射度与绝对温度的四次方成正比，经过菲涅耳透镜进行聚焦后，投射在IRFPA上，IRFPA将红外光信号转换为电信号，并AD转化为可用数据整体输出到数据融合及分析模块进行数据融合及分析。
所述无线传输模块5采用最新ZigBee传输技术，使用ZSD2110芯片，是在2.4GHz的ISM频段集成基带和射频的单心芯片，芯片内部集成32KbyteRAM，使用SPI、UART、USB接口传输数据，最大传输数据10Mbps。
所述电源模块4包括6V直流3500mAh锂电池和稳压电路，对数据融合及分析模块7和无线传输模块5进行供电，稳压电路采用三端固定式集成稳压器CW7860。
所述数据融合及分析模块基于多传感器数据融合原理，采用单片机快速实时处理技术，结合波长调制方法，实现对信号的放大、滤波和调理，内置系统软件采用C语言和汇编语言混合编程，系统软件由系统主程序、初始化子程序、ZigBee无线通信子程序、多传感器检测子程序、报警子程序、显示子程序、数据处理子程序和远程控制字程序组成，基于人工智能的入侵探测技术，数据处理子程序内置智能数据挖掘技术，对采集的数据进行筛选，基于人工神经网络复杂环境目标智能跟踪及识别算法和Adaboost智能目标跟踪算法，通过机器学习专家系统对于发现的异常照片数据通过无线网络传输到主机机，由于传输数据量少，因此不宜发送数据丢失和网络堵塞情况，提高了仪器的可靠性；本单片机采用STM32L151主控芯片，该芯片具有低功耗，适应工作温度范围广等特点，基于ARM架构、M3内核多功能32位工业级芯片；且低功耗、低价格和高性能，满足本智能仪器的低功耗高精度检测需要。
本实用新型的一种基于多传感器融合技术主动防御智能入侵探测设备，采用超宽谱雷达可视化技术实现主动防御设计理念、独特主动防御功能。采用高精度被动相控阵雷达预警侦测技术实现高精度相控阵雷达成像可视化。采用基于BP人工神经网络内建仿生神经元模型技术实现高效抗误报抗漏报功能。采用ZigBee无线传感网络技术实现门窗联动一体化防御能力。
附图说明
图1：本实用新型一种基于多传感器融合技术主动防御智能入侵探测设备结构示意图；
在图中，1、相控阵雷达探测模块，2、高清智能视频监控模块，3、高精度红外热成像模块，4、电源模块，5、无线传输模块，6、设备壳体，7、数据融合及分析模块，8、主机。
具体实施方式
下面就附图对本实用新型一种基于多传感器融合技术主动防御智能入侵探测设备作以下详细说明。
实施例1
本实用新型一种基于多传感器融合技术主动防御智能入侵探测设备，主要包括六个部分：相控阵雷达探测模块1、高精度红外热成像模块3、智能视频监控模块2、数据融合及分析系统模块7、电源模块4和无线传输模块5。相控阵雷达探测模块1、高精度红外热成像模块3、智能视频监控模块2、数据融合及分析系统模块7、电源模块4和无线传输模块5通过数据线或电源线进行联接，六个模块安装在IP67级仪器壳体内，由于该设备使用环境主要用于室外，需要具备防潮、防尘、防水等功能，要求在恶劣环境下能正常工作，因此本实用新型采用法兰加航空级回宫式密封圈进行连接，不但符合IP67防护级别，还具有一定的抗振动功能，另外，为防止入侵人员对探测器进行拆卸，本设备采用高精度霍尔传感器与磁条，一旦探测器离开底座，就会触发声光报警，实现防拆卸功能，设备结构示意图如附图1所示。
相控阵雷达探测模块采用相控阵雷达技术，由8X8面阵64个微型雷达二维面阵阵列构成，频率为10.525G，采用时域插值方法相位延时技术对发射、接收状态的相控波束进行精确的相位控制，使延时精度达到1ns，获得最佳的波束特性；采用实时分段动态聚焦技术，同步改变焦点的深度，使焦点分段更加细密、平滑，同时，也动态改变聚焦延迟，使不同深度的接收声束都处于聚焦状态；采用动态孔径技术使雷达声束在中、远场声束保持不变，使侧向分辨率更高；采用幅度加权动态变迹技术抑制旁瓣，改变主瓣和旁瓣的相对大小以及各波瓣的夹角，提高分辨率，总之，通过时域插值方法相位延时技术、实时分段动态聚焦技术以及幅度加权动态变迹技术实现对侵入对象实体探测和高精度实时成像，并通过雷达只对活体有反射信号的特点，解决了红外热成像技术强光及恶劣环境下的误报问题。
高精度红外热成像模块由菲涅耳透镜和红外焦平面阵列探测器(以下简称IRFPA)构成，红外焦平面阵列探测器采用200BP高精度人体热释电感应芯片，具体工作流程为闯入监控范围内的活体发出的红外光线，根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律黑体的总辐射出射度与绝对温度的四次方成正比，经过菲涅耳透镜进行聚焦后，投射在IRFPA上，IRFPA将红外光信号转换为电信号，并AD转化为可用数据整体输出到数据融合及分析模块进行数据融合及分析。
ZigBee无线传输模块采用最新ZigBee传输技术，使用ZSD2110芯片，是在2.4GHz的ISM频段集成基带和射频的单心芯片，芯片内部集成32KbyteRAM，使用SPI、UART、USB接口传输数据，最大传输数据10Mbps，具有较强的抗干扰能力和设备联络功能，能够实现1500m的全向识别，满足本设备数据传输速度要求。
电源模块包括6V直流3500mAh锂电池和稳压电路，对数据融合及分析模块、电源模块和无线传输模块进行供电，稳压电路采用三端固定式集成稳压器CW7860，功能齐全，安全可靠。
数据融合及分析模块基于多传感器数据融合原理，采用单片机快速实时处理技术，结合波长调制方法，实现对信号的放大、滤波和调理，内置系统软件采用C语言和汇编语言混合编程，系统软件由系统主程序、初始化子程序、ZigBee无线通信子程序、多传感器检测子程序、报警子程序、显示子程序、数据处理子程序和远程控制字程序组成，基于人工智能入侵探测技术，数据处理子程序内置智能数据挖掘技术，对采集的数据进行筛选，在系统主程序中嵌入基于人工神经网络复杂环境目标智能跟踪及识别算法和Adaboost智能目标跟踪算法，通过机器学习专家系统对于发现的异常照片数据通过无线网络传输到主机机，由于传输数据量少，因此不宜发送数据丢失和网络堵塞情况，提高了仪器的可靠性；本单片机采用STM32L151主控芯片，该芯片具有低功耗，适应工作温度范围广等特点，基于ARM架构、M3内核多功能32位工业级芯片；且低功耗、低价格和高性能，满足本智能仪器的低功耗高精度检测需要。
本实用新型的一种基于多传感器融合技术主动防御智能入侵探测设备，其具体工作流程如下：
当高精度红外热成像模块检测到有热源物体闯入时，通过内嵌基于人工神经网络复杂环境目标智能跟踪及识别算法对闯入物体外形尺寸进行计算，过滤到小动物闯入情况，再通过相控阵雷达探测模块对闯入物体进行扫查，确认闯入物体为实体，去除强光、阳光直射造成误报，当两者确认无误后，启动高清智能视频监控模块，通过智能动作分析技术判断来人有破坏行为时启动预警机制，进行声光报警并拍照留存，发送给主机，然后主机通过GRPS通信发送彩信给主人手机。
基于人工神经网络复杂环境目标智能跟踪及识别算法
在复杂环境中运动目标智能跟踪及识别中，由于提取的特征中混杂有很多复杂背景中的噪声，因此，传统特征提取跟踪及识别算法很难通过对复杂背景的运动目标进行建模，来达到运动目标智能跟踪及识别的目的；本实用新型提出基于人工神经网络复杂环境目标智能跟踪及识别算法可以解决这一难题，该技术的计算过程为，首先从一个较大的特征集中选择少量的关键特征，产少一个高效的分类器，然后通过级联的方式合成为一个复杂的分类器，在生成复杂分类器中，通过BP人工神经网络技术，将负样本的错分率(FPR)和正样本的错分率(FNR)来限制错分样本的权重扩张程度；具体实现过程为将样本分成正类或负类，会有真正类(TP)、假正类(FP)、真负类(TN)和假负类(FN)四种情况，用1表示正类，0表示负类，既有TP+FN、FP+TN、TP+FP和FN+TN四个指标，这四个指标又可以形成两个变量FPR和FNR，其中FPR是假正类率，表示是负样本被错误分类为正样本的概率，计算公式为FPR＝FP/(FP+TN)，即所有负样本中被错误分类为正样本的数量与全部负样本数量的比例；FNR是假负类率，表示正样本被错误分类为负样本的概率：FNR＝FN/(FN+TP),即所有正样本中被错误分类为负样本的数量与全部正样本数量之比；另外，采用ROC曲线(即受试者工作特征曲线)用来评价目标检测方法准确性。
本申请的基于人工神经网络复杂环境目标智能跟踪及识别算法，通过两个步骤来实现：
(1)学习器中样本权重更新，计算公式为：
其中ωt，i表示第t次循环的第i个样本的特征权重，
β＝-logαt∈(0，1)，如第i个样本在第t次循环被弱分类器正确分类时，εt＝0，反之，εt＝1，
(2)学习器中样本权重归一化处理
学习器中样本权重归一化处理是在整个样本空间里进行，归一化后，既保持错误分类样本权重，又减少了正确分类的样本权重，在进行到下一次的迭代中，被错分的样本受重视程度更高。
计算公式为：
公式中N为学习器中样本个数，ωt，i是全局特征归一化前样本权重，是归一化后样本权重。
这样既可以保证困难样本的权重在学习过程中不断增加，又可以均衡各个弱学习器的权重，同时，该算法从一个较大的特征集中选择少量的关键特征，产生高效学习器，又通过级联方式合成复杂分类器，可以快速丢弃图像背景区域，将检测区域集中在复杂环境中存在运动目标区域，可有效提高运动目标跟踪与识别的准确率和鲁棒性，进而实现复杂背景中运动目标的智能跟踪与识别。
本实用新型一种基于多传感器融合技术主动防御智能入侵探测设备，与传统的同类产品相比，其主要要的创新点和功能罗列如下：
1、采用超宽谱雷达可视化技术实现主动防御设计理念、独特主动防御功能。
突破长期以来业内主流的通过物理设施实现被动性防范、阻挡的设计理念，通过二级预警机制实现主动防御，防患于未燃，实现更高的安全性。采用超宽谱雷达可视化技术，通过本项目独特研发的超宽谱雷达可视化技术，对雷达侦测器予以智能平衡校准和全频谱非线性回复处理，使得整体侦测性能表现极度灵敏和高度稳定，并具有独特主动防御功能。
2、采用高精度被动相控阵雷达预警侦测技术实现高精度相控阵雷达成像可视化。
研究高精度被动相控阵雷达预警侦测技术，采用法兰加航空级回宫式密封圈对设备主体进行连接，保证雷达全天候24小时户外稳定工作，可耐受气流、风雨、水浸、噪音、高温与极寒等各种恶劣气象条件，不误报，不漏报，探测精准，并植入防宠物程序，当猫、狗、小鸟闯入时不误报。
3、采用基于人工神经网络复杂环境目标智能跟踪及识别算法实现高效抗误报抗漏报功能。
基于人工神经网络复杂环境目标智能跟踪及识别算法，通过探测体温高低、影像尺寸、动作特征，以先进BP人工神经网络算法对数据进行分析，具有极其强大的抗误报抗漏报能力。
4、ZigBee无线传感网络技术实现门窗联动一体化防御能力。
采用ZigBee无线传感网络技术实现门窗主动防御设备之间无线通讯和数据传输，保护区内全方位无缝衔接，让异常人员无法通过各种入口进入保护区内，达到联合主动防御的目的。