專利名稱：警報檢測器的制作方法
本申請涉及一種改進的警報檢測器，用于檢測具有公知特性且在選定頻帶內(nèi)進動的警報聲。通過檢測由急救車發(fā)出的警報聲，該警報檢測器有助于搶先控制交通燈，使設(shè)有合適警報器的車輛優(yōu)先通過設(shè)有相應(yīng)設(shè)備的交叉路口。
為了暫時中斷交叉路口處的交通使急救車優(yōu)先無阻地通過交叉路口，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)開發(fā)了各種控制或“搶控”車輛交通燈的方法。一種技術(shù)是在每輛急救車上安置一個允許優(yōu)先通過交叉路口的發(fā)射器。在每個可搶先路口的交通燈控制器上設(shè)置一個接收器，該接收器接收由發(fā)射器發(fā)射的信號并及時啟動交通燈使正常的交通流中斷。然而，這一技術(shù)比較昂貴而且為了控制交通燈，急救車中的人必須手動開啟發(fā)射器，所以比較麻煩。
還有一種技術(shù)是在可搶先路口的交通燈控制器上設(shè)置檢測器，該檢測器能夠檢測裝在每輛允許優(yōu)先通過可搶先交叉路口的急救車上的閃光燈(通常為專用的頻閃燈)。實際上，這與上一段所述的系統(tǒng)相類似，只是用急救車上的燈代替了專用的發(fā)射器。但是由于急救車上本身就裝有在緊急狀態(tài)下啟用的閃光燈，所以該系統(tǒng)在價格和便于使用方面略優(yōu)于上述系統(tǒng)。然而，如果為了啟動與交通信號控制器相連的檢測器電路而必須設(shè)置專用燈的話，那么價格上的優(yōu)勢將減弱。此外，發(fā)明人認為，該系統(tǒng)對假警報觸發(fā)也是靈敏的，因為就發(fā)明人所知，目前的規(guī)定并沒有考慮到非急救車上使用閃光燈的情況。因此，私人車輛也可以通過在他們的車上設(shè)置閃光燈來啟動與交通燈控制器相連的檢測器使系統(tǒng)中斷從而達到加快速度的目的。或許，更嚴重的情況是廣告牌及商品展示窗中使用的閃光燈和裝飾燈也可能會錯誤地觸發(fā)檢測器。在人口稠密且具有有限面積的城市地區(qū)這一點是最重要的，即設(shè)置搶先交通燈信號系統(tǒng)的意義在于提供可靠的觸發(fā)和使急救車在盡可能短的應(yīng)答時間內(nèi)到達目的地。
按照發(fā)明人的觀點，一個比較好的解決方法是設(shè)計能夠檢測出急救車警報器所發(fā)聲音的電路。這種途徑顯然具有價格上的優(yōu)勢，因為救護車上通常都裝有警報器(即，不需要為急救車設(shè)置附加的專用設(shè)備)，另外的優(yōu)點是便于使用，因為在緊急情況下這種警報器一般是打開的(即，不用單獨對附加的設(shè)備進行手動開啟)。另一個優(yōu)點是存在禁止在非急救車上使用警報器的規(guī)章。
已有技術(shù)中已經(jīng)包含了一些用于檢測警報聲音的電路。然而，本發(fā)明認為這些電路是有缺點的，因為它們對從不同于急救車警報器的聲源發(fā)出的聲音也很敏感以致會發(fā)生假警報觸發(fā)。另外它們不能可靠地檢測具有較長周期的警報信號而且需要很長的檢測時間。本發(fā)明提供一種改進的警報檢測器，它能夠可靠地檢測在選定頻帶內(nèi)的警報聲并對從不同于急救車警報器的聲源發(fā)出的易產(chǎn)生假警報觸發(fā)的聲音具有很強的不敏感性，而且在環(huán)境噪音級很高的情況下有很強的檢測警報聲的能力，以及能夠在較短的時間周期內(nèi)檢測具有較長周期的警報信號。
本發(fā)明基于這樣的觀察結(jié)果，即大部分警報聲的特性曲線是由特性極佳和周期性的波形進行過頻率調(diào)制的調(diào)頻(即FM)波形。通過使用與無線電接收器通用的設(shè)計技術(shù)，就可能用傳統(tǒng)的FM檢測電路得到對調(diào)頻波形非常精確的估算結(jié)果。這樣，就可以將簡單的波譜識別用于這種調(diào)制波形和對各種波譜進行精確識別。此外，在極高噪聲級環(huán)境下檢測警報聲的能力方面，本發(fā)明的FM檢測電路的效率有了很大的提高。可以將數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)用于這種警報檢測系統(tǒng)，由此可降低成本、實現(xiàn)高度的功能集成和易于對不同的算法及參數(shù)進行重新編程。
本發(fā)明提供一種用于檢測警報聲音的警報檢測器，所述警報聲音的瞬時波形頻率在選定的頻帶內(nèi)以公知的速率和公知的周期變化。該警報檢測器包括傳感器裝置，用于檢測警報聲音的波形并產(chǎn)生代表該波形的電輸出信號；放大器裝置，用于把電信號提高到合適的電平以供后續(xù)過程處理；第一濾波器裝置，它在模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程之前進行防混疊(anti-alias)濾波以阻止其它不希望出現(xiàn)的頻譜分量；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器裝置，用于把模擬電信號轉(zhuǎn)換成用數(shù)字表示的或用離散時間表示的數(shù)字信號；第二濾波器裝置，該濾波器裝置由帶通數(shù)字濾波器構(gòu)成，以把離散時間信號的頻譜限制在所要求的待測警報波形的帶寬內(nèi)；限幅-鑒頻器裝置，它測定警報波形的瞬時頻率；抽選器，它把信號的抽樣率減少到比模數(shù)轉(zhuǎn)換器低；第三濾波器裝置，用于去除以低信噪比狀況工作的調(diào)頻波形中固有的“調(diào)頻(FM)卡搭聲(clicks)”；短促尖銳聲檢測器裝置，用于檢測短促尖銳聲(yelp)警報的頻率波譜；高-低聲檢測器，用于檢測高-低聲警報的頻率波譜；呼嘯聲檢測器，用于檢測呼嘯聲(wail)警報的頻率波譜；檢測器裝置，用于檢測除了所用警報波形之外的警報頻率波譜；聲級檢測裝置，用于確定在進入輸入端傳感器的警報聲頻帶中作為聲級函數(shù)的信號；靜噪檢測器裝置，用于確定在傳入輸入端傳感器的警報聲頻帶內(nèi)處理過的信號的信號噪聲比；和搶先檢測邏輯電路，它對警報聲是否滿足啟動搶先信號的預(yù)定標準作出判斷。
可以設(shè)置聲級檢測器裝置來調(diào)節(jié)警報檢測器的靈敏度以便剔除處于選定閾值強度級以下的警報聲。設(shè)置搶先控制裝置是為了在警報聲的強度增加并超過選定閾值強度級時啟動警報檢測器和當聲音的強度減弱到選定閾值強度級之下時關(guān)閉警報檢測器。
可以將搶先控制裝置設(shè)置并應(yīng)用于傳統(tǒng)的交通燈控制器上以便把行人控制燈轉(zhuǎn)換到“停止行走”的指示上(即，根據(jù)對遠距離警報聲的檢測結(jié)果，較早地對行人封鎖交叉路口)?？梢愿鶕?jù)警報聲的檢測來設(shè)置交通燈控制裝置并同樣將其應(yīng)用于傳統(tǒng)的交通燈控制器上以便將交叉路口的所有交通燈轉(zhuǎn)換到使接近交叉路口和裝有警報器的車輛通過的安全狀態(tài)。這種狀態(tài)可以是使所有的燈都指示停的狀態(tài)，在該狀態(tài)下向從發(fā)出警報方向接近交叉路口的所有車輛發(fā)出搶先通過的信號，或是其它能使車輛安全通過交叉路口的狀態(tài)。


圖1是表示本發(fā)明所述警報檢測器基本工作過程的方框圖。
圖2a和2b是表示設(shè)在街道交叉路口處的四通道警報檢測器的基本結(jié)構(gòu)示意圖和多個警報檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是表示本發(fā)明所述警報檢測器的限幅鑒頻器的方框圖；圖4a、4b和4c是表示當按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例對多種普通類型警報聲中三種聲音進行處理時檢測到的理想特性信號的示意圖。
圖5、6和7是表示當按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例對多種普通類型警報聲中三種聲音進行處理時檢測到的代表實際特性信號的示意圖。這三種聲音分別是短促尖銳聲、高-低聲和呼嘯聲。
圖8是表示按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例在處理接收信號的過程中噪聲濾波器從該接收到的信號中除去FM卡搭聲的效果的示意圖。
圖9是表示作為噪聲濾波器使用的中間濾波器的工作的示意圖。
圖10是一個概括的警報檢測器的詳細示意圖，用該警報檢測器將一種聲音劃歸為所用多種警報類型中的一種類型。
圖11是由噪聲啟動的靜噪檢測器的方框圖。
圖12是描述用于測量短促尖銳聲和高-低聲警報波形周期的裝置的示意圖。
圖13是描述用于測量高低聲警報的替換裝置的示意圖。
圖14是描述這樣一種裝置的示意圖，通過該裝置對采集的警報數(shù)據(jù)使用短線段的線性最小二乘法擬合來檢測呼嘯的警報聲。
圖15是適用于對呼嘯聲警報進行線性最小二乘法擬合的線性相關(guān)系數(shù)曲線。這是斜率檢測器的“線性系數(shù)”輸出。
圖16是呼嘯聲警報斜率檢測器的信號斜率輸出，它給出了該警報信號的頻率變化率。
圖17是優(yōu)選實施例所述警報檢測器的方框圖。
急救車通常發(fā)射具有公知重復頻率和特性且在最小和最大頻率這兩種頻率之間進動的聲音。最常用的三種警報聲一般稱為短促尖銳聲、高-低聲和呼嘯聲。圖4a、4b和4c中分別示出了三種聲音的理想特性曲線。在理想狀態(tài)下，根據(jù)這些警報的特性等在信號進動時警報的強度不變。通常短促尖銳警報聲的最小頻率為400HZ，最大頻率為1400HZ，重復頻率約為3HZ。通常高-低聲警報的最小頻率為400HZ，最大頻率為600HZ，重復頻率約為1HZ。通常呼嘯警報聲的最小頻率為400HZ，最大頻率為1400HZ，重復頻率約為0.25HZ。還有其它的警報聲，也可以定義新的警報聲，這些警報聲均可以通過本發(fā)明并用本發(fā)明所述方法進行檢測。
圖1是表示按本發(fā)明構(gòu)成的警報檢測器基本工作的方框圖。下面將首先參照圖1對本發(fā)明作簡短的概述。然后將詳細描述優(yōu)選實施例。
參照圖1，警報檢測器用輸入傳感器1檢測聲能并將其轉(zhuǎn)換成適合于警報檢測器處理的電信號。將這些電信號的放大到便于處理的某個額定電平。在前置放大器2之后和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4之前設(shè)置防混疊濾波器3，模數(shù)轉(zhuǎn)換器4把這些模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式以便進行后續(xù)處理。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分辨率為12至16比特和采樣頻率為8.0KHZ的模數(shù)轉(zhuǎn)換器適合于處理上述的呼嘯、短促尖銳和高-低聲警報。還已發(fā)現(xiàn)通頻帶約為300HZ-1800HZ的帶通濾波器5適用于呼嘯、短促尖銳和高低聲警報。如果以遠高于上面所討論的最大頻率無混疊地采集警報，采樣頻率本來必須提高到8.0KHZ以上。用數(shù)字式帶通濾波器5除去出現(xiàn)在呼嘯聲、短促尖銳聲和高-低聲檢測器頻帶之外的波譜能量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，適合于這些警報的通頻帶為300HZ-1800HZ。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到可以把帶通濾波器5與圖3中所示限幅器-鑒頻器6所需的分相器合并，這樣可降低這兩個功能件所有的復雜性。限幅器-鑒頻器6測量接收到的信號的瞬時頻率和該信號的幅值。由于對于呼嘯聲、短促尖銳聲和高-低聲警報來說，代表警報信號進動狀態(tài)的限幅器-鑒頻器輸出頻率的頻譜分量很低，所以限幅器-鑒頻器的輸出采樣頻率大大超過了所需頻率。為此，需用抽選器7把限幅器-鑒頻器的輸出信號采樣頻率降低到一遠低的采樣頻率。研究發(fā)現(xiàn)取8.0KHZ至40HZ的抽選比較合適。由于如圖5、6和7所示隨時間變化的警報頻率中的有效頻譜含量通常小于約15HZ，所以在低通濾波器之后抽選器中的采樣頻率實際上只需大于約30HZ即可。采樣頻率的降低大大減小了對后續(xù)步驟的處理要求。
啟用這種低通濾波器的另一個關(guān)鍵的優(yōu)點是，它可以使限幅鑒頻器實際上起寬帶頻率調(diào)制檢測器的作用。這能使對警報的檢測能力比常規(guī)裝置有很大改進。正如由Jakes在“微波移動通信Microwave Mobile Communications)”(John Wiley & Sons，1974ISBN0-471-43720-4)中所討論的那種傳統(tǒng)類型的FM接收器那樣，可以證明隨著輸入傳感器1的輸入信號帶寬與限幅器-鑒頻器6的基帶輸出信號之比的增加，對相同的輸入信噪比而言，基帶輸出信噪比也增加。檢測器的輸入帶寬是由約1500Hz的輸入信號帶通濾波器和置于限幅器-鑒頻器之后的約15Hz低通濾波器來限定的。Jakes(同前)更詳細地對比了寬帶與窄帶FM檢測的性能得益。該檢測電路能在信噪比低到-2dB的條件下可靠地檢測到警報聲，而傳統(tǒng)的檢測裝置通常需要的信噪比約為6dB或更高。本發(fā)明提供了比傳統(tǒng)裝置高約8dB的增益。
鑒頻器型檢測器的特征在于，當聲音的信噪比低時，F(xiàn)M調(diào)制波形例如警報聲會產(chǎn)生脈動噪音或“卡搭”聲。當警報聲離輸入傳感器很遠時，或者當輸入傳感器附近的背景聲級很高時就會發(fā)生上述情況。在以上的任一情況下，當試圖把警報聲歸屬于多類警報中的一類時，這些“卡搭”聲會帶來問題。在圖7中，示出了低信噪比呼嘯警報的實際限幅器-鑒頻器頻率輸出信號。圖中，在約1.5秒和6.3秒時刻卡搭聲非常明顯。圖1中所示的卡搭聲濾波器8能夠很有效地把這些卡搭聲從限幅器-鑒頻器頻率輸出信號中去除。同一圖7的輸入信號經(jīng)該卡搭聲濾波器處理之后將產(chǎn)生圖8所示的取中間值濾波器輸出信號，從其中可以看到已經(jīng)去除了卡搭聲。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，長度為9次采樣或約0.225秒特續(xù)時間的“取中間值濾波器”對去除這些卡搭聲是相當有效的?？梢允褂酶L持續(xù)時間的取中間值濾波器，但是它們的性能沒有實質(zhì)性的改善。
圖1中卡搭聲濾波器8的輸出向多個檢測器提供輸入信號。在這種情況下，這些檢測器是短促尖銳聲檢測器9，高-低聲檢測器10，和呼嘯聲檢測器11?？梢约尤胍粋€或更多的“其它警報檢測器”12以檢測其它警報類型，或代替短促尖銳聲、高-低聲和呼嘯聲檢測器中的任一種或全部。這些檢測器將判斷信號頻率隨時間的變化是否滿足某些標準，這些標準把該信號劃歸到警報檢測器被做成能檢測的多種警報類型中的一種類型中。這些檢測器的一個(或多個)輸出作為多個輸入信號之一送入搶先檢測邏輯電路15。搶先檢測邏輯電路利用從警報檢測器9、10、11、12靜噪檢測器13和聲級檢測器14輸出的信號判斷檢測到的聲音是否滿足警報檢測標準。如果它們的確滿足選擇標準，則允許該搶先信號啟動交通燈控制器。
圖1中所示通頻帶從約300HZ至約1500HZ的帶通濾波器5的輸出信號是這樣一種信號，該信號的幅值是輸入傳感器1處警報聲響度或聲級的函數(shù)。由于警報器的輸出聲級基本上保持不變而且在傳感器1處的聲級隨著警報和輸入傳感器之間距離的縮短而增大，所以濾波器5處的信號電平是輸入傳感器和警報之間距離的函數(shù)。把濾波器5的信號輸入到聲級檢測器14，由該檢測器測量信號的量級并將其與一預(yù)置的聲級閾值相比較。如果濾波器5的信號量級超過了聲級閾值，聲級檢測器將有輸出信號。如果濾波器5的信號量級未超過聲級閾值，那么聲級檢測器將沒有輸出信號。聲級檢測器的輸出供搶先檢測邏輯電路15的輸入之一使用。在某些情況下，來自除警報器之外的其它聲源例如輪胎產(chǎn)生的交通噪聲、發(fā)動機噪聲、工業(yè)噪聲、飛機發(fā)動機噪聲等產(chǎn)生的環(huán)境聲級非常高，這些噪聲的聲級甚至超過聲級檢測器14的檢測級閾值。在這種情況下，聲級檢測器14將總是有輸出而且該輸出警報會使搶先檢測邏輯電路15提前產(chǎn)生不需要的搶先信號。通過采用常規(guī)的靜噪檢測器，可以得到作為信噪比函數(shù)的附加信號。將靜噪檢測器構(gòu)造成在靜噪檢測器有輸出信號以指示達到了檢測標準值之前必須信噪比大于閾值。
搶先檢測邏輯電路15利用的是圖1中的靜噪檢測器13的輸出、標號9、10、11、12所示各警報檢測器的輸出和聲級檢測器14的輸出的綜合結(jié)果。在一般的城市和城郊環(huán)境下，只有當(a)到達輸入傳感器1的聲音滿足標號9、10、11和12所示各警報檢測器功能的有效警報選擇標準之一，以及(b)到達輸入傳感器1的聲音超過聲級閾值檢測器14的檢測閾值標準時，搶先檢測邏輯15才把搶先信號輸出到交通燈控制器。在噪聲很強的環(huán)境下，只有當(a)到達輸入傳感器1的聲音滿足標號9、10、11和12所示各警報檢測器功能的有效警報選擇標準之一，(b)到達輸入傳感器1的聲音超過聲級閾值測器14的檢測閾值標準，和(c)在限幅器-鑒頻器6的輸出端由靜噪檢測器13測得的信噪比超出靜噪檢測閾值時，搶先檢測邏輯電路15才將搶先信號輸出到交通燈控制器。
圖2(a)表示裝有四個輸入傳感器21、22、23和24的交通燈26的典型配置圖，這樣，四個傳感器能最佳地檢測從四條街道中的一條街道上靠近交通信號燈26處發(fā)出的聲音。這些傳感器的輸出信號送入四通道警報檢測器20，由其處理來自輸入傳感器的信號。如果急救車25向輸入傳感器24的方向上靠近，那么警報檢測器中處理該信號的通道將利用交通燈搶先線31，和/或控制行人的搶先線32為該方向上的交通燈26向交通燈控制器30發(fā)出搶先控制信號。因此可以把交通燈控制器設(shè)計成具有能為急救車25提供優(yōu)先通過交叉路口的機會的結(jié)構(gòu)。如圖2(b)所示，警報檢測器可以由1個到很多個警報檢測器通道構(gòu)成。但是四個通道是最常用的。單通道檢測器可用于控制通向消防站和警務(wù)場地的車道上的燈、以及控制行人交通的燈等。
圖3表示一個用于實現(xiàn)限幅器-鑒頻器功能的裝置。用分相器40把輸入信號分成實數(shù)分量和虛數(shù)分量。41和42分別形成分相器輸出的復數(shù)共軛和一階導數(shù)。取復數(shù)共軛和一階導數(shù)的積，并將其與一j＝- 相乘。由44取該乘積的實數(shù)部分。通過在46中取分相器輸出信號的幅值，然后在47中將該信號平方來確定輸入信號的功率。然后通過在方塊45中用47的輸出除44的輸出就可算出輸入信號的頻率。47的輸出還用作圖1中聲級檢測器14的輸入。
圖4(a)、(b)和(c)表示三種最常用警報的理想頻率-時間特性曲線，這三種最常用警報分別是短促尖銳聲警報、高-氏聲警報和呼嘯聲警報。實際上，這些警報的特性是完全不同的。圖5表示短促尖銳聲警報的頻率-時間特性曲線。圖6表示高-低聲警報的頻率-時間特性曲線。圖7表示呼嘯聲警報的頻率-時間特性曲線。在這三個實例中，用圖3中所示的限幅器-鑒頻器來測量實際的警報頻率。
通常，在圖象處理中使用取中間值濾波器以便除去脈動噪聲。該過程是通過匯集奇數(shù)個順序數(shù)據(jù)樣本，按照遞增或遞減的順序?qū)@些樣本進行排序，然后提取其中間值來完成的。其工作方式除了實際上完全是非線性的之外，其它均與滑窗有限沖激響應(yīng)濾波器的方式很相象。為了檢測信噪比低的警報聲必須使用咔搭聲濾波器。圖8表示取中間值濾波器對低信噪比的實際呼嘯警報信號的作用結(jié)果。其輸入信號示于圖7中。用例如圖9中所示的取中間值濾波器，能很容易地說明取中間值濾波器的工作。使輸入的樣本50連續(xù)移入輸入移位寄存器51。利用排序器52按增大(或減小)的順序?qū)@些樣本進行排序并按增大(或減小)的順序進行重新組合然后輸送到寄存器53中。通過輸出寄存器53取其中間值并用該中間值作為輸出信號。在所示的實例中，采樣數(shù)據(jù)在寄存器51中的順序是1，4，6，2，9，8，5，7和3。取中間值濾波器從這個順序中選擇5作為中間值。如果將一個新的輸入樣本11輸入到移位寄存器51中，那么端值3將被丟棄，而且輸入移位寄存器51的內(nèi)容將變?yōu)?1，1，4，6，2，9，8，5和7。這樣，在排序之后輸出移位寄存器的內(nèi)容將變?yōu)?，2，4，5，6，7，8，9，11。在這種情況下濾波器54的輸出中間值將是6。
三種基本類型的警報檢測器可用來檢測大多數(shù)警報。這些檢測器的主要目標是降低錯誤檢測的可能性，相當快地進行檢測而且在花費的最大排序時間是約2-3秒，并且有足夠的靈活性以適應(yīng)警報特性的變化。圖10中示出了一個通用的核心警報檢測器，它是檢測短促尖銳聲、呼嘯聲、高-低聲和其它類型警報的基本部分。
這些檢測器中的第一種是最一般的，它適合于短促尖銳聲警報，盡管它也能檢測其它類型的警報。它簡單地將頻率閾值比較器61的頻率閾值fthresh設(shè)定在短促尖銳聲警報預(yù)期的最小和最大頻率之間，約為900-1000HZ。當連續(xù)兩次上升的頻率波形增大到超過閾值時，62測量這兩次超過時間之間的周期。如果該周期落在由使用者選定的通常為0.27秒-0.40秒的有效短促尖銳聲警報范圍內(nèi)，而且警報信號的頻率大于可選擇的最小頻率fmin并小于可選擇的最大頻率fmax，則計數(shù)將增加。用頻率比較器63和64進行頻率比較。如果測得的下一個周期也處于使用者選定的范圍之內(nèi)，那么計數(shù)將再次增加。如果測得的下一個周期處于使用者選定的范圍之外，則計數(shù)將減小。最小計數(shù)值是0。如果計數(shù)范圍超過使用者選定的閾值(在可靠檢測的情況下通常為3或4)，那么短促尖銳聲檢測器有輸出以表明已經(jīng)檢測到滿足短促聲檢測條件的警報。很顯然在本發(fā)明的范圍內(nèi)，頻率隨時間上升越過頻率閾值也可能改為反方向的頻率隨時間下降越過頻率閾值。這種裝置也可用于高-低聲型警報，因為此類警報的特點在于它個有兩種周期性頻率特性。圖12中示出了周期測量技術(shù)。
這些檢測器中的第二種也適用于高-低聲警報，雖然它也可以檢測其它的警報類型，該系統(tǒng)簡單地設(shè)定頻差閾值，此閥值處于高-低聲警報預(yù)期的最小和最大頻率差的中間，其值約為100-150HZ。然后用頻率比較器61來判斷低聲和高聲之間的頻率間距是否超過某個閾值fthresh。當連續(xù)兩次上升的頻率波形越過該閾值時，測量這兩次頻率超越時間之間的周期。如果該周期落入由使用者選定的通常為1.00秒-1.3秒的有效高低聲范圍，而且警報信號的頻率大于可選擇的最小頻率fmin并小于可選擇的最大頻率fmax，那么計數(shù)器增值。用頻率比較器63和64進行頻率比較。如果測得的下一個周期處于使用者選定的區(qū)域內(nèi)，計數(shù)器再次增值。如果測得的下一個周期處于使用者選定的范圍之外，計數(shù)器減值。最小計數(shù)值是0而通常最大值小于20。如果計數(shù)值超出使用者選定的閾值(在可靠檢測的情況下通常為3或4)那么高-低聲檢測器有輸出以表明已經(jīng)測到了滿足高-低聲檢測條件的警報。很顯然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，頻率隨時間增加越過頻率閾值也可能改為反方向的頻率隨時間減少越過頻率閾值。圖13中示出了周期測量技術(shù)。
第三種警報檢測器類型適用于呼嘯聲警報。這種警報類型的特征在于它具有4.8至7.2秒這樣很長的周期。顯然，如果要在有呼嘯聲檢測輸出之前檢測3至4個完整的呼嘯波形周期，需要的檢測時間為約15或20至22或29秒。這大大超出了所希望的2-3秒的檢測時間。事實上，在檢測到警報之前裝有警報器的車輛能很容易地通過交叉路口。通過觀察這樣一個事實，即頻率特性曲線大體上是具有相當平直線段的三角波，就有辦法緩解上述極不希望出現(xiàn)的情況。呼嘯聲警報檢測器利用了這個事實，而且在對采樣頻率數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合的過程中使用了一個持續(xù)時間約為1.0秒的短期滑窗。對正在討論的警報檢測器而言，以下形式的線性公式f＝mt＋b適合于1.0秒且數(shù)目為40的數(shù)據(jù)采樣值序列。在該公式中，f是頻率，t是時間，m是線的斜率或頻率的變化率，而b是當t＝0.0秒時的頻率截距。還需要計算的是在直線段和采樣數(shù)據(jù)間進行擬合的線性相關(guān)系數(shù)。在N為40的情況下，計算N個采樣數(shù)據(jù)的線性相關(guān)系數(shù)的一種方式是使用下列公式r=NΣtifi-ΣtiΣfi[NΣti2-(Σti)2]1/2[NΣfi2-(Σfi)2]1/2]]>其中fi是取自時刻ti的頻率而N是在線性擬合時使用的采樣數(shù)。r值范圍從不相關(guān)時的0到完全相關(guān)時的±1。在該情況下r的符號與斜率m的符號相同，但重要的只是r的大小而不是符號。
對呼嘯聲警報來說，在波形的任何部分上對波形和頻率進行這種最小二乘法擬合都會得到三種分級標準。這些標準是(1)波形的頻率必須與由比較器63和64確定的、使用者所規(guī)定的最小和最大頻率一致，(2)頻率隨時間的變化率或曲線中直線部分的斜率必須落入由斜率檢測器確定的和使用者限定的兩個范圍之內(nèi)，該范圍一般為±300HZ/秒-±500HZ/秒，和(3)擬合優(yōu)度或用斜率檢測器65確定的分段線性線段相對于頻率波形的相關(guān)系數(shù)具有很好的線性相關(guān)系數(shù)值，該值一般在0.95-1.0之間。如果警報滿足以上所有三個標準，那么就能可靠地認定其為呼嘯聲警報類型。一般采用這個技術(shù)的檢測時間是2-3秒的數(shù)量級，這使得該技術(shù)與短促尖銳聲警報檢測技術(shù)一樣可靠。圖14中示出了斜率測量技術(shù)。圖15中示出了圖8中所示的呼嘯聲警報的斜率m，而圖16中示出了線性相關(guān)系數(shù)r。在這個實例中，采樣頻率是40HZ而且用40個采樣點來進行線性擬合。這種擬合是在40HZ的頻率下完成的。
一種通用型靜噪檢測器是根據(jù)噪聲啟動工作的靜噪檢測器。該檢測器提供的信號是限幅器-鑒頻器輸出信號基帶SNR的函數(shù)。這一點已由Rhode和Ulrich在“Communications ReceiversPrinciples & Design通信接收機原理和設(shè)計)”McGraw-Hiel圖書公司，1988年出版的書籍中作了詳細說明。這些噪聲檢測器的工作基于這樣的事實，即隨著載波噪聲比的增加，基帶噪聲能量密度下降。圖11中示意性地示出了這種用于此目的檢測器。1.5KHZ-1.8KHZ的帶通濾波器輸出信號通過取絕對值進行“全波整流”。然后用帶寬約為10HZ的簡單低通濾波器對該輸出信號進行濾波。然后抽取該濾波器輸出使頻率達到40HZ，從而降低后續(xù)處理的頻率。把所抽取的作為靜噪輸入信號信噪比函數(shù)的輸出與使用者選定的閾值比較，當輸入信號低于閾值電平時閾值檢測器上將有輸出信號。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能認識到本發(fā)明所述的警報檢測器理想地適合于采用可編程的計算裝置或數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)。這與模擬式結(jié)構(gòu)相比有很多優(yōu)點，例如性能受溫度的影響很小，通過再編程而不需改變硬件就能很容易地使警報檢測器適用于新的警報聲，具有根據(jù)新的警報聲對警報檢測器進行遠距離重新編程的能力，對警報檢測器進行遙控的能力等。圖17中示出了優(yōu)選實例。把從輸入傳感器輸入的信號送到模擬輸入信號保護、放大和濾波部分80，以提供電瞬變保護和使信號達到所要求的狀態(tài)。信號處理器81完成模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和本發(fā)明中所述的所有處理功能。狀態(tài)指示器向使用者提供有關(guān)警報檢測器的特性，有效警報聲的檢測、警報類型、啟用的通道編號等反饋信息。還設(shè)置了參數(shù)輸入選擇器83以便對警極檢測參數(shù)進行本地的調(diào)整。設(shè)置外部編程和控制輸入端口85是為了對警報檢測器進行本地或遠距離再編程以便修改軟件控制程序，或者在本地或遠距離改變警報檢測參數(shù)。
很明顯，對熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，根據(jù)上述說明，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以在實際中對本發(fā)明作出各種變型和改進。因此，本發(fā)明所涉及的范圍將由下述權(quán)利要求進行實際限定。
權(quán)利要求
1.一種檢測警報聲的警報檢測器，所述的警報聲以公知速率在選定頻帶內(nèi)進動以便搶先控制交通燈信號使急救車優(yōu)先通過交叉路口，所述的檢測器包括(a)傳感器裝置，用于檢測所述的警報聲并產(chǎn)生代表警報聲的電輸出信號；(b)第一濾波器裝置，用于對所述信號進行濾波以防止在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的過程中出現(xiàn)頻譜混疊；(c)第二濾波器裝置，用于對所述信號進行濾波以阻止選定頻帶之外的信號；和(d)限幅器-鑒頻器，以處理所述信號并給出作為所述信號頻率函數(shù)的輸出信號。
2.如權(quán)利要求1所述的警報檢測器，所述的警報檢測器進一步包括卡搭聲濾波器，該濾波器用以去除在限幅器-鑒頻器的輸出信號中出現(xiàn)的脈沖噪聲，這種噪聲在低信噪比狀態(tài)下出現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括聲級檢測裝置，該裝置用于顯示輸入傳感器裝置處的聲級是否超出選定聲強度級。
4.如權(quán)利要求1所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括靜噪檢測裝置，該裝置用于顯示輸入傳感器處的聲音信噪比量級超出了選定的信噪比量級。
5.如權(quán)利要求1所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括警報檢測裝置，所述警報檢測裝置測量警報信號的周期并對所述周期是否處于可選擇范圍內(nèi)給出顯示。
6.如權(quán)利要求2所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括警報檢測裝置以測量警報信號的周期并對所述周期是否處于可選擇范圍內(nèi)給予顯示。
7.如權(quán)利要求5所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括警報檢測裝置以測量警報信號的頻率并對所述警報聲的頻率是否處于可選擇范圍內(nèi)給予顯示。
8.如權(quán)利要求6所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括警報檢測裝置以測量警報信號的頻率并對所述警報聲的頻率是否處于可選擇范圍內(nèi)給予顯示。
9.如權(quán)利要求1所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括警報檢測裝置以測量警報聲的頻率變化率，并對所述聲頻變化率是否處于可選擇范圍內(nèi)給予顯示。
10.如權(quán)利要求2所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括警報檢測裝置以測量警報聲的頻率變化率，并且對所述聲頻變化率是否處于可選擇范圍內(nèi)給予顯示。
11.如權(quán)利要求1所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括一個裝置以測量警報聲的進動速率和一條直線之間的相關(guān)性并且對相關(guān)系數(shù)是否超出可選擇值給予顯示。
12.如權(quán)利要求2所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括一個裝置以測量警報聲的進動速率和一條直線之間的相關(guān)性， 而且對相關(guān)系數(shù)是否超出可選擇值給予顯示。
13.如權(quán)利要求1所述的警報檢測裝置，進一步包括搶先控制裝置，用于響應(yīng)所述的靜噪檢測器、聲級檢測器、和警報檢測器信號而產(chǎn)生搶先控制信號，同時所述的搶先控制裝置啟動交通燈控制系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求7所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括一個裝置，用于在警報聲級增加到可選擇閾值之上時產(chǎn)生搶先輸出信號并將該信號送給交通燈控制器，而且當警報聲級降低到可選擇閾值之下時，關(guān)閉搶先輸出信號。
15.如權(quán)利要求8所述的警報檢測器，所述檢測器進一步包括一個裝置，用于在警報聲級增大到可選擇閾值之上時向交通燈控制器發(fā)出搶先輸出信號而在警報聲級降低到可選擇閾值之下時，關(guān)閉搶先輸出信號，并且在一可選擇的時間周期內(nèi)把搶先輸出信號保持在使能狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求1所述的警報檢測器，其中警報檢測器由可編程信號處理器構(gòu)成，而且可通過接到外部編程源或遠距離編程源的通信端口把計算機程序從外部或遠距離處裝載進來。
17.如權(quán)利要求1所述的警報檢測器，其中警報檢測器由可編程信號處理器構(gòu)成，而且可將使用者選擇的參數(shù)通過接至外部編程源或遠距離編程源的通信端口從外部或遠距離處裝載進來。
全文摘要
一種改進的警報檢測器，該檢測器用于檢測以例如短促尖銳聲、呼嘯聲和高—低聲等公知調(diào)頻度在選定的頻帶內(nèi)進動的警報聲。由傳感器檢測警報聲并產(chǎn)生相應(yīng)的電輸出信號。對電輸出信號進行濾波以除去選定的警報頻帶之外的信號。處理該信號以確定電信號的幅值和傳感器輸入端處的聲級。用限幅器和鑒頻器處理該信號以確定警報聲的瞬時頻率。在鑒頻器之后用非線性濾波器除去低信噪比警報聲中的FM卡搭聲特性。用選擇濾波器分析進動速率、最大頻率、最小頻率和進動特性曲線的形狀以便將警報聲分入合適的類型，例如短促聲、呼嘯聲和高—低聲。滿足選擇標準和聲級在預(yù)定閾值之上的聲音使警報檢測器觸發(fā)驅(qū)動搶先輸出的信號。該搶先輸出信號輸入到交通燈控制系統(tǒng)。由此啟動交通燈控制系統(tǒng)控制行人行走/止步和控制交通燈使行人離開交叉路口，并向裝有合適警報器的車輛提供搶先交通控制信號。
文檔編號G08G1/087GK1149348SQ94195085
公開日1997年5月7日 申請日期1994年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月4日
發(fā)明者彼得·R·H·麥克康尼爾, 帕特里西亞·卡瓦諾 申請人:索尼克系統(tǒng)公司