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申请/专利权人：电子科技大学

摘要：本发明涉及分布式光纤传感领域，特别涉及一种并行化分布式光纤音频采集还原方法。本发明通过FPGA并行化地执行相位解调、衰落抑制、相位解卷绕、音频转换各个计算步骤；FPGA以时钟周期为基本时间单位，一边进行数据的采集，一边进行数据的计算，同时将数据输出，在降低计算延迟的同时，保证每次计算延迟的一致性，且计算延迟与还原空间点的数量无关；此外，FPGA计算完成之后直接将数据输出至CPU，减少了数据传输时间，减轻了CPU的数据搬运压力；再者，FPGA的功耗水平远低于GPU。最终，本发明实时、并行地还原出每个空间点上音频信息，音频信号采样率高达50Khz，同时具有功耗低、易于部署在边缘端和便携设备上的优势。

主权项：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Ii和3路正交信号Qi，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IQ信号；步骤3、对于步骤2输出的IQ信号进行衰落抑制；FPGA将步骤2得到的3路IQ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L1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L1∈N+,L1≥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Isum和Qsum；最终，计算复数Isum+jQsum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θd；然后，对相位差分信号θd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θd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。

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