算法智能优化方法、系统、高速数据采集卡以及存储介质与流程

本技术涉及分布式光纤声波传感技术的领域，尤其是涉及算法智能优化方法、系统、高速数据采集卡以及存储介质。

背景技术：

1、分布式光纤声波传感技术(distributed fiber acoustic sensing，das)：利用相干瑞利散射光的相位而非光强来探测音频范围内的声音或振动等信号，不仅可以利用相位幅值大小来提供声音或振动事件强度信息，还可以利用线性定量测量值来实现对声音或振动事件相位和频率信息的获取。

2、在分布式光纤声波传感系统中，需要对采集信号依次使用数字解调算法、解缠绕算法以及声音恢复算法等进行处理，最终恢复出声音信号。其中，数字解调算法包含混频、滤波、平方根、反正切等运算步骤，滤波通常采用加入窗函数的方式实现。

3、针对上述中的相关技术，由于不同环境下，声音信号适合加入不同的窗函数进行滤波，若在所有环境下均采用同一窗函数，则不能在所有环境下均保证声音信号恢复的质量。

技术实现思路

1、为了确保声音信号恢复的质量，本技术提供一种算法智能优化方法、系统、高速数据采集卡以及存储介质。

2、第一方面，本技术提供的算法智能优化方法，采用如下的技术方案：

3、算法智能优化方法，包括以下步骤：

4、获取采集信号；

5、基于采集信号，进行混频处理，并输出混频信号；

6、基于混频信号进行滤波处理，在进行滤波处理时，将混频信号加入多个窗函数进行滤波，并比较多个加入窗函数的处理结果，选择最优的处理结果作为滤波信号；

7、基于滤波信号依次进行平方根以及反正切处理，并输出信号为数字解调信号。

8、通过采用上述技术方案，在进行滤波处理时，通过比较混频后的信号加入不同窗函数后的结果，选择最优的窗函数，从而能够使得不同环境下的声音信号均能够加入更加适宜的窗函数，从而使得最终恢复的声音信号质量最佳，实现算法的智能优化。

9、优选的，所述基于混频信号进行滤波处理，在进行滤波处理时，将混频信号加入多个窗函数进行滤波，并比较多个加入窗函数的处理结果，选择最优的处理结果作为滤波信号步骤包括：

10、配置多个窗函数；

11、分别将混频信号加入不同的窗函数，并输出对应的滤波信号；

12、基于多个滤波信号计算对应的信噪比；

13、基于多个信噪比，确认最优的窗函数和滤波信号。

14、通过采用上述技术方案，信噪比是表示电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例，通过计算信噪比的方式，确认最优的窗函数，从而能够使得最终恢复的声音信号质量最佳。

15、优选的，所述分别将混频信号加入不同的窗函数，并输出对应的滤波信号步骤中，同时将多个窗函数分别加入同一混频信号进行处理或者依次将多个窗函数分别加入同一混频信号进行处理。

16、通过采用上述技术方案，同时加入多个窗函数进行滤波处理，可以更快得到多个滤波信号，但是对处理设备要求较高；分别加入多个窗函数进行处理，虽然处理速度较同时处理慢，但是对处理设备要求较低，工作人员可以根据需求进行选择。

17、优选的，当同时将多个窗函数加入同一混频信号进行处理时，在得到滤波信号后，开始计算信噪比，并比较所有的信噪比大小；

18、当分别将多个窗函数加入同一混频信号进行处理时，每获取一个滤波信号，计算对应的信噪比，并与已经计算获得的信噪比比较大小。

19、通过采用上述技术方案，同时将多个窗函数分别加入同一混频信号进行处理时，由于加入的窗函数不同，因此处理时间可能不同，因此，每输出一滤波信号，则开始计算对应的信噪比，当获得所有的信噪比后，比较信噪比的大小。分别将多个窗函数加入同一混频信号进行处理时，每完成加窗处理后，则开始计算对应的信噪比，当得到2个信噪比后，比较2个信噪比的大小，能够节约信噪比比较的时间。

20、优选的，所述配置多个窗函数的步骤中的窗函数包括矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗、布拉克曼窗以及凯泽窗中任意两种以上的组合。

21、通过采用上述技术方案，矩形窗适用于主瓣频率精度要求高，但是不考虑幅值精度时；三角窗适用于分析窄带信号，且有较强的干扰噪声时；汉宁窗适用于频率分量较多的信号；海明窗也适用于频率分量较多的信号，但是海明窗的旁瓣衰减速度比汉宁窗的衰减速度慢；布拉克曼窗适用于频率相近但幅度不同的信号；凯泽窗适用于需要同时调整主瓣宽度与旁瓣宽度的信号。

22、优选的，所述获取采集信号步骤包括：

23、获取光电转换器输出的电信号；

24、基于电信号，进行模数转换，并输出为数字信号。

25、通过采用上述技术方案，光电转换器是光纤传输末端的器件，用于将光纤传输的光信号转换为电信号；而后通过模数转换为数字信号输出，便于进行混频处理等操作。

26、优选的，所述基于采集信号，进行混频处理，并输出混频信号的步骤中，将采集信号分别与同频的正交信号cos(δωnn)和sin(δωnn)相乘，而后得到两路混频信号if(n)和qf(n)，两路混频信号if(n)和qf(n)分别进行滤波处理、平方根处理以及反正切处理。

27、通过采用上述技术方案，用于将采集信号不失真地搬移至中频位置，便于后续进行滤波处理、平方根处理以及反正切处理。

28、第二方面，本技术提供一种算法智能优化系统，采用如下的技术方案：

29、算法智能优化系统，采用上述的算法智能优化方法，包括：

30、数据采集模块，用于获取信号；

31、数字解调模块，包括混频子模块、滤波子模块、平方根子模块以及反正切子模块，所述混频子模块的信号输入端与所述数据采集模块的信号输出端信号连接，所述混频子模块的信号输出端与所述滤波子模块的信号输入端信号连接，所述滤波子模块的信号输出端与所述平方根子模块的信号输入端信号连接，所述滤波子模块将接收到的信号分别加入不同的窗函数，并比较多个加入窗函数的处理结果，选择最优的处理结果作为滤波信号；所述平方根子模块的信号输出端与所述反正切子模块的信号输出端，接收所述滤波信号；所述反正切子模块的信号输出端输出数字解调后的信号。

32、通过采用上述技术方案，在进行滤波处理时，通过比较混频后的信号加入不同窗函数后的结果，选择最优的窗函数，从而能够使得不同环境下的声音信号均能够加入更加适宜的窗函数，从而使得最终恢复的声音信号质量最佳，实现算法的智能优化。

33、第三方面，本技术提供一种高速数据采集卡，采用如下的技术方案：

34、一种高速数据采集卡，包括上述的算法智能优化系统，还包括解缠绕模块和声音恢复模块，所述解缠绕模块的信号输入端信号连接于所述算法智能优化系统的信号输出端，所述声音恢复模块信号连接于解缠绕模块的信号输出端；且所述算法智能优化系统、解缠绕模块和声音恢复模块集成在fpga中。

35、通过采用上述技术方案，实现了不同场景下的复杂模拟信号和数字信号的实时采集和处理，有效解决了先进装备核心数据采集部件国产化的需求。

36、第四方面，本技术提供一种存储介质，采用如下的技术方案：

37、一种存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述的算法智能优化方法的计算机程序。

38、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

39、1.在进行滤波处理时，通过比较混频后的信号加入不同窗函数后的结果，选择最优的窗函数，从而能够使得不同环境下的声音信号均能够加入更加适宜的窗函数，从而使得最终恢复的声音信号质量最佳，实现算法的智能优化；

40、2.实现了不同场景下的复杂模拟信号和数字信号的实时采集和处理，有效解决了先进装备核心数据采集部件国产化的需求。