融合信号分析的多制式海岸电台自动值守方法及系统与流程

本发明涉及无线电通信，特别涉及一种融合信号分析的多制式海岸电台自动值守方法及系统。

背景技术：

1、海岸电台承担着接收海上船舶遇险安全呼叫的重要职责。在现有的全球海上遇险与安全系统（gmdss）中，海岸电台通常需要同时值守用于数据通信的控制信道（如vhf ch70频段的数字选择性呼叫dsc）以及用于话音通信的业务信道（如vhf ch16模拟语音频段）。

2、现有的海岸电台值守系统在处理多制式信号时，普遍采用数据与语音相互孤立的处理架构。在台风、强对流雷暴等极端海况下，无线电信道会发生严重的多径衰落和脉冲噪声干扰。在这种极限通信场景下，现有的独立处理架构暴露出如下致命缺陷：

3、一方面，数字控制信道受到干扰后，dsc突发数据包的误码率激增，传统硬件设备一旦发现循环冗余校验（crc）失败，便会直接将该数据包作为废包丢弃，导致数据报警完全失效。另一方面，话音业务信道中的船员呼救语音被强烈的风浪环境噪声掩盖且严重失真，若将其直接输入常规的大词汇量语音识别（asr）系统中，极度劣化的信噪比会导致asr系统产生海量的“幻觉”和错误匹配，同样无法提取有效的求救信息。当数据与话音均达不到各自独立模块的解码/识别阈值时，现有系统会陷入“双盲”静默状态，导致关键的遇险警报彻底漏报。

技术实现思路

1、为了解决上述极端海况下数据与话音信号双双劣化导致海岸电台漏警的技术问题，本发明的目的在于提供一种融合信号分析的多制式海岸电台自动值守方法及系统。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种融合信号分析的多制式海岸电台自动值守方法，该方法包括：

3、s10、获取海岸电台射频前端接收的多制式基带i/q信号序列，分离并提取所述多制式基带i/q信号序列中频分复用的控制信道残缺比特流以及话音通信业务信道音频特征波形；

4、s20、对所述多制式基带i/q信号序列进行物理层信号质量分析，计算用于表征信道衰落程度的相位连续性参数；

5、s30、当所述相位连续性参数低于设定的信道质量阈值时，通过预配置的软判决译码器对所述控制信道残缺比特流进行特征提取，得到高置信度残存信令特征；

6、s40、将所述高置信度残存信令特征与存储有船舶标识信息及关联属性的预设本地海事数据库进行映射比对，提取匹配成功的所述船舶标识信息，并提取所述船舶标识信息关联的船名与通信文本以动态构建情景定制化声学微词典；

7、s50、在所述情景定制化声学微词典的约束搜索空间中，计算所述话音通信业务信道音频特征波形与所述情景定制化声学微词典的声学似然度，当所述声学似然度大于设定的报警阈值时，生成并输出包含所述船舶标识信息的结构化警报文本。

8、进一步地，所述步骤s10中提取所述话音通信业务信道音频特征波形包括：

9、s11、利用设定的端点检测算法定位基带音频信号中的无语音静默段，提取当前环境的背景噪声频谱包络；

10、s12、将所述背景噪声频谱包络作为参考基准，利用设定的自适应滤波公式迭代更新数字滤波器的抽头系数向量；

11、s13、利用状态收敛后的所述数字滤波器对连续有效语音波形进行数字对消滤波处理，输出滤除背景噪声的增强音频信号；

12、s14、对所述增强音频信号进行分帧及离散余弦变换处理，重构生成所述话音通信业务信道音频特征波形。

13、进一步地，所述步骤s20包括：

14、s21、对所述多制式基带i/q信号序列进行加窗分帧，提取同相分量i(n)和正交分量q(n)，利用公式计算第n个采样点的瞬时相位角；

15、s22、获取所述多制式基带i/q信号序列的功率延迟谱，利用公式计算多径时延扩展均值，其中为第k条多径时延，为对应功率，为平均时延；

16、s23、提取采样点总数n和设定的环境衰减系数，利用公式进行级联运算得到初始参数；

17、s24、将所述初始参数输入至设定的卡尔曼滤波器中进行状态递归估计平滑，输出状态收敛后的所述相位连续性参数。

18、进一步地，所述步骤s30包括：

19、s31、获取所述控制信道残缺比特流中未通过循环冗余校验的原始突发数据包，针对所述原始突发数据包构建所述软判决译码器的状态转移网格图；

20、s32、基于所述状态转移网格图，计算网格中每个状态节点的前向状态度量值、分支度量值及后向状态度量值；

21、s33、利用公式计算输入比特的对数似然比，其中和分别为输入等于1和0的状态转移集合；

22、s34、截取连续多个所述对数似然比的绝对值均大于设定的单比特似然阈值的比特片段，将所述比特片段拼接组装为所述高置信度残存信令特征。

23、进一步地，所述步骤s40包括：

24、s41、识别所述高置信度残存信令特征中的海上移动通信业务标识码残片，将所述海上移动通信业务标识码残片作为检索引擎键值；

25、s42、在所述预设本地海事数据库中，将所述检索引擎键值与已注册船舶的完整标识码进行正则比对，筛选获得候选船舶标识集合及关联的所述船名与通信文本；

26、s43、将所述船名与通信文本输入设定的字素到音素转换神经网络，输出针对各个所述船名与通信文本的音素概率分布矩阵及隐马尔可夫模型发射概率；

27、s44、将所述音素概率分布矩阵和所述隐马尔可夫模型发射概率进行图网络编译生成状态转移约束拓扑图，加载并更新为所述情景定制化声学微词典。

28、进一步地，所述步骤s42之后还包括：

29、s421、提取天线阵列采集的空间射频数据，通过设定的空间谱估算模型计算获得空间到达角估算值；

30、s422、提取所述候选船舶标识集合中各候选船舶绑定的区域坐标数据，计算第k个候选船舶相对于所述海岸电台的理论到达方位角；

31、s423、利用公式计算所述第k个候选船舶对应的空间绝对角偏差参数；

32、s424、当所述空间绝对角偏差参数大于预设的多径容差角度阈值时，将对应船舶从所述候选船舶标识集合中剔除，同步缩减所述情景定制化声学微词典的检索容量。

33、进一步地，所述步骤s50包括：

34、s51、获取所述话音通信业务信道音频特征波形对应长度为i的特征序列，以及所述情景定制化声学微词典对应长度为j的状态基准序列；

35、s52、提取所述高置信度残存信令特征的平均对数似然比，利用公式计算动态规整窗口宽度w，其中和为设定的调节系数；

36、s53、在所述动态规整窗口宽度的限制区域内，利用公式计算累积规整代价矩阵，其中为局部距离，进而提取全局终点规整代价d(i,j)；

37、s54、利用公式将所述全局终点规整代价d(i,j)反演映射为所述声学似然度s，其中为设定的归一化偏置常数。

38、进一步地，所述步骤s50中输出所述结构化警报文本包括：

39、s55、提取解调出所述高置信度残存信令特征的第一时间戳数据，以及匹配所述情景定制化声学微词典的第二时间戳数据；

40、s56、计算所述第一时间戳数据与所述第二时间戳数据的时间差绝对值，在所述时间差绝对值小于设定的同步窗阈值时，确定当前跨模态报警事件满足时空一致性约束条件；

41、s57、针对满足时空一致性约束条件的事件，提取匹配的所述船舶标识信息及解析出的危情告警字串，按照设定的海事协议规范封装为结构化数据字段；

42、s58、利用设定的安全散列算法对所述结构化数据字段进行数字签名，将签名附加于数据包尾部生成发送所述结构化警报文本。

43、本发明的另一目的在于提供一种融合信号分析的多制式海岸电台自动值守系统，该系统包括：

44、数据获取模块，用于获取海岸电台射频前端接收的多制式基带i/q信号序列，分离并提取所述多制式基带i/q信号序列中频分复用的控制信道残缺比特流以及话音通信业务信道音频特征波形；

45、信号分析模块，用于对所述多制式基带i/q信号序列进行物理层信号质量分析，计算用于表征信道衰落程度的相位连续性参数；

46、软判决特征模块，用于当所述相位连续性参数低于设定的信道质量阈值时，通过预配置的软判决译码器对所述控制信道残缺比特流进行特征提取，得到高置信度残存信令特征；

47、微词典构建模块，用于将所述高置信度残存信令特征与存储有船舶标识信息及关联属性的预设本地海事数据库进行映射比对，提取匹配成功的所述船舶标识信息，并提取所述船舶标识信息关联的船名与通信文本以动态构建情景定制化声学微词典；

48、降维约束匹配模块，用于在所述情景定制化声学微词典的约束搜索空间中，计算所述话音通信业务信道音频特征波形与所述情景定制化声学微词典的声学似然度，当所述声学似然度大于设定的报警阈值时，生成并输出包含所述船舶标识信息的结构化警报文本。

49、进一步地，所述信号分析模块包括：

50、基带分帧单元，用于对所述多制式基带i/q信号序列进行加窗分帧，提取同相分量i(n)和正交分量q(n)，利用公式计算第n个采样点的瞬时相位角；

51、时延扩展估算单元，用于获取所述多制式基带i/q信号序列的功率延迟谱，利用公式计算多径时延扩展均值，其中为第k条多径时延，为对应功率，为平均时延；

52、惩罚级联积分单元，用于提取采样点总数n和设定的环境衰减系数，利用公式进行级联运算得到初始参数；

53、卡尔曼滤波单元，用于将所述初始参数输入至设定的卡尔曼滤波器中进行状态递归估计平滑，输出状态收敛后的所述相位连续性参数。

54、本发明的有益效果为：

55、1、本发明在信道严重衰落时，通过软判决技术从本应废弃的dsc残缺比特流中提取出高置信度的残存信令，并以此为基准跨模态去拯救失真语音，实现了在单一制式全部失效情况下的有效报警；

56、2、本发明利用提取的确定性残缺信令定位特定船舶，动态构建仅包含该船名及关键求救词的情景定制化声学微词典；将通用语音模型的十万级词汇搜索空间强行物理降维至数十级，彻底消除了强噪声下的识别误匹配；

57、3、本发明创新性地直接从多制式基带i/q信号提取相位连续性参数作为系统协同触发的标尺，相比于易受脉冲噪声欺骗的传统能量门限检测法，物理层的相位特征能绝对客观地反映电磁波被撕裂的衰落程度，避免了因雷电背景噪音频繁误触发语音大模型所导致的系统算力崩溃。