前传式光纤通感降噪方法、电子设备及存储介质

本技术涉及光纤通信，尤其涉及一种前传式光纤通感降噪方法、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、光纤通感一体化技术因其能同时实现高速数据传输和实时环境感知的双重功能而受到高度关注。通过在现有网络中集成智能传感功能，不仅能够实时监测光纤链路运行状态，还能精准感知外部环境变化。光纤通感一体化技术分为前传式光纤通感一体化和散射式光纤通感一体化。无论是对于前传式光纤通感一体化系统还是对于散射式光纤通感一体化系统，都存在信噪比较低的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提出一种前传式光纤通感降噪方法、电子设备及存储介质，将调制光信号分离为高频通信信号和低频振动信号，进行双链路的分开处理，降低振动信号对通信信号的串扰，保证准确感知的同时提高通信的信噪比。

2、基于上述目的，本技术提供了一种前传式光纤通感降噪方法，其特征在于，包括：

3、生成与接收到的调制光信号频率相同且相位相同的参考激光信号，根据所述参考激光信号对接收到的调制光信号进行信号双链路信号分离，得到高频通信信号和低频振动信号；

4、对所述低频振动信号进行相位提取和相位解缠，得到连续相位变化信号，对所述连续相位变化信号进行振动感知，得到感知结果；

5、对所述高频通信信号进行时频特征提取，得到时频幅度谱，并根据深度卷积神经网络对所述时频幅度谱进行前传式降噪处理，得到幅度谱掩码；

6、根据所述参考激光信号的原始幅度谱和所述幅度谱掩码进行信号重建，得到降噪后的重建时序信号；

7、根据所述参考激光对所述重建时序信号进行解调恢复，得到与每个采样点对应的恢复相位，对每个恢复相位进行二进制相位判决，得到降噪通信数据。

8、在一个实施例中，所述根据所述参考激光对接收到的调制光信号进行信号双链路信号分离，得到高频通信信号和低频振动信号，包括：

9、对所述参考激光信号和所述调制光信号进行同相干涉，得到光域同相分量；

10、对所述参考激光信号和所述调制光信号进行相位差干涉，得到光域正交分量；

11、将所述光域同相分量和所述光域正交分量进行光电转换，得到数字同相分量和数字正交分量，并确定所述数字同相分量和所述数字正交分量的信号频率；

12、响应于所述信号频率大于或等于通信信号的最低频率，将所述数字同相分量和所述数字正交分量确定为所述高频通信信号；

13、响应于所述信号频率小于或等于振动信号的最高频率，将所述数字同相分量和所述数字正交分量确定为所述低频振动信号。

14、在一个实施例中，所述对所述低频振动信号进行相位提取和相位解缠，得到连续相位变化信号，包括：

15、通过确定每个所述低频振动信号的瞬时相位进行相位提取，得到瞬时相位序列；

16、通过修正所述瞬时相位序列的相位跳变进行相位解缠，得到所述连续相位变化信号。

17、在一个实施例中，所述感知结果包括振动幅度和振动事件；所述对所述连续相位变化信号进行振动感知，得到感知结果，包括：

18、根据光波长和所述连续相位变化信号进行振动幅度量化，得到所述振动幅度；

19、提取所述连续相位变化信号的时域信息和频域信息，并根据所述时域信息和所述频域信息进行事件匹配，得到所述振动事件。

20、在一个实施例中，所述对所述高频通信信号进行时频特征提取，得到时频幅度谱，包括：

21、根据预设的采集频率对所述高频通信信号进行连续采样，得到离散时间序列；

22、根据预设的理想低通滤波器冲激响应对离散时间序列进行防混叠滤波，得到滤波时间序列；

23、根据连续采样的帧长和预设的重叠率对所述滤波时间序列进行重叠分帧加窗处理，得到加窗帧信号；

24、对所述加窗帧信号进行短时傅里叶变换，得到时频域复数矩阵，提取所述时频域复数矩阵的幅度谱，得到所述时频幅度谱。

25、在一个实施例中，所述根据深度卷积神经网络对所述时频幅度谱进行前传式降噪处理，得到幅度谱掩码，包括：

26、通过沿所述时频幅度谱的时频图垂直或水平方向移动卷积核，提取所述时频幅度谱的局部时频特征，得到特征图像；

27、为所述特征图像添加预设的偏移量，得到偏移特征图像；

28、对所述偏移特征图像归一化和非线性变换处理，得到增强特征；

29、通过线性激活卷积将所述增强特征映射为所述幅度谱掩码。

30、在一个实施例中，所述根据所述参考激光信号的原始幅度谱和所述幅度谱掩码进行信号重建，得到降噪后的重建时序信号，包括：

31、对所述原始幅度谱和所述幅度谱掩码进行逐元素相乘，得到重建幅度谱；

32、对所述重建幅度谱进行逆短时傅里叶变化，得到重建时域信号；

33、通过凯泽窗函数对所述重建时域信号的每个帧信号进行凯泽窗加权，得到时域抽样信号，根据原始幅度谱的帧移和重叠相加法对所述时域抽样信号进行叠加拼接，得到所述重建时序信号。

34、在一个实施例中，所述对每个恢复相位进行二进制相位判决，得到降噪通信数据，包括：

35、响应于所述恢复相位的相位取值的绝对值小于预设的相位阈值，将所述恢复相位判决为第一二进制标识；

36、响应于所述恢复相位的相位取值的绝对值大于或等于预设的相位阈值，将所述恢复相位判决为第二二进制标识；

37、对由所述第一二进制标识和所述第二二进制标识组成的二进制数据流进行差分解码，得到所述降噪通信数据。

38、基于同一发明构思，本技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。

39、基于同一发明构思，本技术还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上所述的方法。

40、从上面所述可以看出，本技术提供的前传式光纤通感降噪方法、电子设备及存储介质，利用参考激光与调制光信号的干涉将调制光信号分离为高频通信信号和低频振动信号，进行双链路的分开处理。使用同一束调制光信号，通过双链路分离（高频通信/低频感知）并行处理，高频通信链路输出正常通信数据，低频感知链路输出的是振动事件识别结果，降低了系统成本与复杂度。无需为感知单独铺设光纤或部署传感器，实现了真正的通感一体化与硬件资源复用，完美契合全光异构中继与算力网络的敏捷调控需求。对低频振动信号进行相位提取与相位解缠，通过相位解缠解决了由于振动过大导致的相位跳变，保证了时域波形的连续性，确保了振动感知数据的完整性，实现了高空间分辨率与高灵敏度的振动感知，以精准的确定感知结果。通过对高频通信信号提取时频幅度谱，并利用深度卷积神经网络生成幅度谱掩码，精准区分噪声与有效信号的能量分布。利用幅度谱掩码对含噪的原始幅度谱进行加权，并在重建时序信号时保留了参考激光的原始相位信息。在解调恢复阶段，采用参考激光消除相位模糊，确保了二进制相位判决的准确性，进而确保了降噪通信数据的比特流的完整性。有效剥离振动串扰，提升信噪比，提升了系统在复杂环境下的通信可靠性。