一种并行化分布式光纤音频采集还原方法

1.一种并行化分布式光纤音频采集还原方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、数模转换芯片将光电平衡探测器输出的后向瑞利散射信号由模拟信号转换为数字信号，并输出至FPGA；步骤2、对于步骤1输出的数字信号进行相位解调；FPGA将输入的数字信号分为3路同时进行FIR带通滤波；然后每路滤波后的信号分别与信号发生器产生的余弦信号和正弦信号进行混频，生成3路同相信号I i 和3路正交信号Q i ，其中i＝1,2,3，代表路径序号；最终每路信号同时经过6通道并行FIR低通滤波器，得到完成相位解调的3路I/Q信号；步骤3、对于步骤2输出的I/Q信号进行衰落抑制；FPGA将步骤2得到的3路I/Q信号按照迹线循环索引，每路都使用索引号为1的迹线计算辐角，并同时将辐角值存入FPGA内部的RAM存储器；然后，将索引号为2至L 1 的迹线在复数域按照RAM存储器存储的对应信号路辐角值进行反方向旋转，其中L 1 ∈N + ,L 1 ≥3,N + 为正整数；接着，对3路旋转后的I'/Q'信号求和分别得到I sum 和Q sum ；最终，计算复数I sum +jQ sum 的辐角，j为虚数单位，即得到衰落抑制后的相位信号θ；步骤4、对于步骤3输出的相位信号进行相位解卷绕；FPGA将步骤3得到的相位信号θ按照空间点索引，计算空间点的3阶后向差分值，得到相位差分信号θ d ；然后，对相位差分信号θ d 以循环索引的方式进行空间上的抽取；最终，按照迹线索引，若前条迹线与当前迹线相同空间点处θ d 的1阶后向差分值diff超出既定阈值范围，则通过加减既定补偿值进行相位解卷绕，输出无卷绕相位信号；步骤5、对于步骤4输出的无卷绕相位信号进行音频转换；FPGA将步骤4得到的无卷绕相位信号按照迹线索引，计算上一条迹线与当前迹线相同空间点处的1阶后向差分值；然后，判断差分值是否小于1：若差分值小于1，则此差分值即为此空间点处的音频幅值；否则，将差分值降低为S作为此空间点处的音频幅值，其中-1＜S＜1。 2.如权利要求1所述并行化分布式光纤音频采集还原方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：步骤2.1、数字信号的数据类型为有符号数fix16_15，分为3路并行信号同时经过3个FIR带通滤波器BP1、BP2、BP3，3个滤波器的通带范围为10Mhz至20Mhz、15Mhz至25Mh z、20Mhz至30Mhz，滤波器输出的数据的格式为fix32_30；步骤2.2、FPGA内部例化的信号发生器产生的正弦信号和余弦信号分别输出至乘法器M1、M2、M3和乘法器M4、M5、M6的乘数输入端口；带通滤波器BP1的输出数据输出至乘法器M1和M4的另一乘数输入端口；带通滤波器BP2的输出数据输出至乘法器M2和M5的另一乘数输入端口；带通滤波器BP3的输出数据输出至乘法器M3和M6的另一乘数输入端口；以此完成混频，乘法器M1、M2、M3输出正交信号Q 1 、Q 2 、Q 3 ，乘法器M4、M5、M6输为同相信号I 1 、I 2 、I 3 ；步骤2.3、6通道并行的FIR低通滤波器LP1同时对3路Q信号和3路I信号进行滤波，输出完成相位解调的I/Q信号，低通滤波器的截止频率为10Mhz。 3.如权利要求1所述并行化分布式光纤音频采集还原方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：步骤3.1、FIR低通滤波器每输出一个有效数据则逻辑控制器内部自定义的空间点索引器cnt_sample便自加1，当cnt_sample自加至N 1 时自清零，此时自定义的迹线索引器cnt_trace自加1，当cnt_trace自加至L 1 时自清零，索引不断循环，其中N 1 ∈N + ,N 1 ＞1；步骤3.2、当索引迹线号为1时，通过逻辑控制器将滤波后的I/Q信号输出至反正切计算模块ARC1、ARC2、ARC3；其中滤波后的I 1 和Q 1 输出至ARC1的实部输入端口和虚部输入端口，滤波后的I 2 和Q 2 输出至ARC2的实部输入端口和虚部输入端口，滤波后的I 3 和Q 3 输出至ARC3的实部输入端口和虚部输入端口，3个反正切计算模块计算出I/Q信号的辐角并同时将其分别存入3个一一对应的存储器RAM1、RAM2、RAM3中，一一对应是指反正切计算模块与存储器的数字编号相同构成对应关系；当索引迹线号为2至L 1 时，通过逻辑控制器将滤波后的I/Q信号输出至矢量旋转器VT1、VT2、VT3；其中滤波后的I 1 和Q 1 输出至VT1的实部输入端口和虚部输入端口，滤波后的I 2 和Q 2 输出至VT2的实部输入端口和虚部输入端口，滤波后的I 3 和Q 3 输出至VT3的实部输入端口和虚部输入端口，同时读取每个RAM中缓存的辐角值，一一对应地输出至矢量旋转器的角度输入端口，一一对应是指存储器与矢量旋转器的数字编号相同构成对应关系，计算公式为 其中I'和Q'为矢量旋转后的信号， 为RAM缓存的辐角值；步骤3.3、3个矢量旋转器同步输出3路I'/Q'信号至并行复数加法器，进行信号的求和运算，计算公式为I sum ＝I 1 '+I 2 '+I 3 '，Q sum ＝Q 1 '+Q 2 '+Q 3 '；步骤3.4、复数加法器输出I sum 、Q sum 信号至反正切计算模块ARC4，进行信号的反正切运算，计算公式为θ＝atan(Q sum /I sum )，其中θ即为衰落抑制后的相位信号。 4.如权利要求1所述并行化分布式光纤音频采集还原方法，其特征在于，所述步骤4具体如下：步骤4.1、相位解卷器使用步骤3输出的相位信号θ计算相位差分信号θ d ，计算公式为θ d ＝θ n -θ n-3 ，其中θ n 为当前输入值，θ n-3 为3个时钟周期前的输入值；步骤4.2、以循环索引的方式，每计算出10个数据，则随机保留1个作为有效数据，完成数据抽取；循环索引是指后续每10个数据保留的有效数据序号与第一次相同；步骤4.3、每计算出1个有效数据，则相位解卷器内部自定义的空间点索引器cnt_sample_1便自加1，当cnt_sample_1自加至N 2 时自清零，此时自定义的迹线索引器cnt_trace_1自加1，当cnt_trace_1自加至L 2 时自清零，索引不断循环，其中N 2 ∈N + ,N 2 ＞1；步骤4.4、当索引迹线号为1时，相位解卷器同时会将有效数据其写入存储器RAM_phi，并将偏置变量k初始化为0后写入存储器RAM_k；当索引迹线号为2至L 2 时，解卷器计算当前相位差分信号θ d 与存储器RAM_phi中对应空间点信号的1阶后向差分值，计算公式为diff＝θ d -θ d_RAM ，θ d_RAM 为前条迹线中与θ d 空间位置相同的信号；若π-2kπ≤diff≤3π-2kπ，则更新存储器RAM_phi中相应空间点的k值k＝k-1，输出无卷绕相位信号θ unwarp ＝θ d +2kπ；若3π-2kπ≤diff≤5π-2kπ，则更新存储器RAM_phi中相应空间点的k值k＝k-2，输出无卷绕相位信号θ unwarp ＝θ d +2kπ；若-π-2kπ≤diff≤-3π-2kπ，则更新存储器RAM_phi中相应空间点的k值k＝k+1，输出无卷绕相位信号θ unwarp ＝θ d +2kπ；若-3π-2kπ≤diff≤-5π-2kπ，则更新存储器RAM_phi中相应空间点的k值k＝k+2，输出无卷绕相位信号θ unwarp ＝θ d +2kπ；若-π-2kπ≤diff≤π-2kπ，则直接输出无卷绕相位信号θ unwarp ＝θ d +2kπ；其中，判断的上下限即为既定阈值，2kπ为既定补偿值。 5.如权利要求1所述并行化分布式光纤音频采集还原方法，其特征在于，所述步骤5具体如下：步骤5.1、音频转换器将接收到的首条无卷绕相位信号θ unwarp 写入存储器RAM_phi_unwrap；步骤5.2、当音频转换器接收到非首条迹线时，通过计算当前输入信号与存储器RAM_phi中对应空间点信号的1阶后向差分值得到音频信号sound，计算公式为sound＝θ unwrap -θ unwrap_RAM ，其中θ unwrap 为当前无卷绕相位信号，θ unwrap_RAM 为前条迹线中与θ unwrap 空间位置相同的无卷绕相位信号，同时使用θ unwrap 更新存储器RAM_phi_unwrap中的缓存值；步骤5.3、若音频信号sound值≥1，则降低为S输出，其中-1＜S＜1；若音频信号sound的值＜1，则直接输出。 6.如权利要求1所述并行化分布式光纤音频采集还原方法，其特征在于，所述S＝0.2。