光纖傳輸通信設(shè)備異常信號自動跟蹤方法研究

宣立巖

（吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

近年來，信號跟蹤技術(shù)的發(fā)展水平不斷提高，在商業(yè)、交通等不同領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍。在對當(dāng)前信號跟蹤技術(shù)進行分析后發(fā)現(xiàn)，其在信號跟蹤效率和精準(zhǔn)度方面仍然存在一些問題?；诖耍枰訌妼π盘栕詣痈櫡椒ǖ纳钊胙芯?，提高信號跟蹤的自動化水平，提升異常信號跟蹤效果。

1 設(shè)備異常信號跟蹤方法

在設(shè)備異常信號跟蹤研究過程中，需要對不同類型的異常信號跟蹤方法進行分析，傳統(tǒng)的異常信號跟蹤方法主要包括以下幾種。

1.1 實時傳輸光電異常信號跟蹤方法

在信息化技術(shù)快速發(fā)展的背景下，光電搜索跟蹤系統(tǒng)具有較強的抗干擾性，并且跟蹤精度較高，可以全天候采集目標(biāo)信息。目前，在光電搜索跟蹤方法應(yīng)用過程中需要充分發(fā)揮高精度伺服控制技術(shù)和高速圖像處理技術(shù)的積極作用，并利用可見光電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）、紅外熱像儀以及激光測距機等完成數(shù)據(jù)信息傳輸作業(yè)。在實際應(yīng)用中，可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)視器或轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)進行高速、高精準(zhǔn)度的搜索跟蹤。在光電搜索跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用過程中，開展設(shè)備異常信號跟蹤可以快速掌握異常信號。但是這種方法不能有效去除異常偽信號，會直接影響異常信號的跟蹤效果[1]。

1.2 射頻微波技術(shù)光纖異常信號跟蹤方法

近年來，光波逐漸被應(yīng)用在電子和通信等不同領(lǐng)域。從通信行業(yè)的角度進行分析，通信業(yè)務(wù)越來越多，除了對傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求不斷提高外，對光纖接入技術(shù)也有了更深入的應(yīng)用，可以滿足不同接入方式的需求[2]。將射頻微波技術(shù)應(yīng)用在光纖通信設(shè)備異常信號跟蹤過程中，有利于提高異常信號的跟蹤效果。此外，在光纖傳輸中充分應(yīng)用射頻微波技術(shù)可以發(fā)揮交互媒體的服務(wù)作用，尤其是在基站數(shù)量比較多的情況下，能夠快速將信號傳輸?shù)讲煌瑓^(qū)域，中心站只需要完成信號處理作業(yè)即可。中心站需要綜合考慮不同信號的頻率差異，在光纖網(wǎng)絡(luò)和基站中進行轉(zhuǎn)發(fā)，提高信號的傳輸效率，保障信號的穩(wěn)定性。在射頻微波技術(shù)信號跟蹤中，其檢測精度較高，但是并沒有開展有效的信號特征提取作業(yè)，因此在實際數(shù)據(jù)處理過程中還要篩選全局信號跟蹤中的異常信號，會影響異常信號的分析效率[3]。

1.3 基于光纖傳輸技術(shù)的光電跟蹤方法

基于光纖傳輸技術(shù)的光電跟蹤方法可以利用單點定位的方式完成通信設(shè)備異常信號定位，特別是利用光纖開展異常信號跟蹤時獲取的視頻圖像信息能夠被快速正確傳輸。該方法除了能夠確保數(shù)字圖像視頻信息的質(zhì)量外，還能夠在短時間內(nèi)完成設(shè)備異常信號定位作業(yè)，反饋比較及時。但是其在應(yīng)用過程中受外界噪聲的干擾較大，可能會影響通信設(shè)備異常信號跟蹤效果[4]。

2 異常信號自動跟蹤方法設(shè)計

2.1 去除異常偽信號

在對異常信號自動跟蹤方法進行設(shè)計時，去除異常偽信號屬于基礎(chǔ)作業(yè)內(nèi)容。在實時傳輸光電異常信號跟蹤過程中，異常偽信號會導(dǎo)致自動跟蹤結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，影響到跟蹤結(jié)果的準(zhǔn)確性。在粒子濾波算法的應(yīng)用過程中，信息后驗率親密度函數(shù)會影響粒子縫隙，增加運算作業(yè)的復(fù)雜度，引發(fā)粒子退化問題[5]。為了解決這一問題，在此次研究過程中主要利用準(zhǔn)蒙特卡洛（Quasi-Monte Carlo，QMC）粒子濾波算法。QMC粒子濾波算法在實際應(yīng)用過程中必須重新開展采樣作業(yè)，完成帶有權(quán)值分離算式序列信息粒子采樣，隨后還要開展密度函數(shù)推算作業(yè)，利用全面模擬與分析觀察對隨機分布取樣運算觀念進行科學(xué)應(yīng)用，確保樣本分布的均勻度和清晰度。除此之外，霍爾頓序列算法的使用可以降低運算難度，提高運算效率。利用高低差進行分析，能夠準(zhǔn)確掌握霍爾頓序列第h個數(shù)在隨機分布固定區(qū)域中的偽粒子數(shù)值，從而實現(xiàn)異常偽信號去除目標(biāo)[6]。

2.2 定位異常信號

在QMC算法應(yīng)用過程中存在的粒子退化問題會對異常信號的定位效果產(chǎn)生影響，需要利用馬爾可夫鏈蒙特卡洛算法（Markov Chain Monte Carlo，MCMC）彌補這一漏洞。傳統(tǒng)QMC算法在應(yīng)用過程中存在粒子檢測多樣性不足的問題，對定位異常信號的去除效果較差。而利用濾波算法采樣可以確保粒子均勻分布篩選的有效性，同時也可以提高粒子信息的真實性，對提升粒子采樣多樣性有著積極的促進作用[7]。為了減少粒子消耗，在實際應(yīng)用中可以利用MCMC改變與調(diào)整粒子的分布狀態(tài)，充分發(fā)揮多種算法的應(yīng)用優(yōu)勢，以此來提升粒子多樣性和異常信號追蹤過程中的可靠性。在對異常信號進行定位時，還可以利用馬爾克夫鏈定位方法將無源微弱目標(biāo)位置的運動軌跡作為定位基礎(chǔ)，明確傳感器檢測結(jié)果，科學(xué)預(yù)測下一時刻無源微弱目標(biāo)的位置運動變化情況，并根據(jù)遞推運算的相關(guān)要求和目標(biāo)元首位置的數(shù)值對跟蹤定位要求進行確定，獲取準(zhǔn)確的異常信號定位結(jié)果[8]。

2.3 異常信號跟蹤

在開展異常信號跟蹤時，需要發(fā)揮載波的作用。載波在傳輸數(shù)據(jù)碼和測距碼中有著良好的應(yīng)用價值，但在實際應(yīng)用過程中受低頻電磁波干擾的影響較大，對此也需要采用更高的電波形式承載測距碼，以降低自身承受壓力。與此同時，可以利用頻譜數(shù)據(jù)資源進行分析。測距碼可以通過碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）來實現(xiàn)[9]。在對衛(wèi)星發(fā)出信號進行接收的過程中，通過制造偽隨機噪聲碼來對周期性二次序函數(shù)系統(tǒng)進行測定，測定結(jié)果會迅速被識別并對外發(fā)出，從而獲取偽測距量參數(shù)。完成衛(wèi)星信號基本測量作業(yè)后，在碼相位誤差為0的情況下能夠確保相關(guān)結(jié)果達到巔峰數(shù)值。數(shù)據(jù)碼格式會在導(dǎo)航系統(tǒng)自動編譯后進行整理，在此次研究過程中主要利用AltBOC調(diào)制信號完成相關(guān)分析工作。數(shù)據(jù)碼格式如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)碼格式

碼信號的通道主要以數(shù)據(jù)通道為主，在傳輸過程中電文導(dǎo)航格式存在差異，需要結(jié)合實際情況進行選擇。信息格式導(dǎo)航電文的每一個主幀有12個子幀，子幀的持續(xù)時間為15 s，每組頁面的持續(xù)時間為10 s，可以將不同測碼進行組合達到最終目的。此外，在研究過程中需要利用相互正交信號頻道進行追蹤。衍生的信號碼在載波中可以與信號進行交互，同時可以依托調(diào)制結(jié)構(gòu)來完成測距碼（包括主碼與二次編碼）整理。在測距碼中，每一個周期的碼片數(shù)量與主碼周期信號4個主碼通道中的碼片數(shù)量相同。

衍生信號獲取的信息可以利用一路通道完成信號測量追蹤調(diào)制，為了保證信號追蹤結(jié)果的確定性，從信號功率譜與捕獲結(jié)果兩個方面對AltBOC調(diào)制信號進行分析。在信號捕獲過程中，主要包括上、下兩條路線調(diào)制，兩路信號基于快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）并行碼獲取相關(guān)信息。在輸入信號與同路信號相互交互的情況下，可以利用頻率載頻進行混合處理，混頻結(jié)果可以直接作為FFT運算基數(shù)，順利完成偽碼共軛處理作業(yè)，之后將其與載頻混頻結(jié)合順利得到處理域相關(guān)值。綜合頻率單元可以對單元中的所有分值進行搜索與捕獲，并將其與捕獲的閾值比較，一旦超過閾值便完成信號追蹤[10]。

3 異常信號自動跟蹤方法應(yīng)用

為了了解本文設(shè)計方法的應(yīng)用效果，將其與傳統(tǒng)自動跟蹤方法進行對比驗證。在實驗過程中，實驗載波相位、副載波相位、控制器副載波相位、碼相位的取值需要保持在－2π～2π，間隔時間為1 000 ms，實驗環(huán)境一般為無噪聲或少量噪聲。隨著信號追蹤次數(shù)不斷增加，傳統(tǒng)追蹤方法的誤差率也在不斷增加，當(dāng)追蹤次數(shù)在7次以上時誤差率達到80%以上，而本文設(shè)計的自動跟蹤方法誤差率可維持在10%左右。由此可知，本文研究設(shè)計的信號自動跟蹤方法在開展異常信號跟蹤時能夠保證追蹤結(jié)果的準(zhǔn)確度，并且追蹤效率較高，有效提高了信號追蹤的整體水平。

4 結(jié) 論

通過對傳統(tǒng)算法進行改進提出新的光纖傳輸通信設(shè)備異常信號跟蹤方案，并利用有效的實驗對比分析明確該方法的應(yīng)用效果。經(jīng)過驗證，本文所設(shè)計的異常信號自動跟蹤方法具有更好的追蹤效果，除了能夠提高異常信號自動追蹤效率外，對提升信號追蹤的整體性能也有積極作用。