CN111241032A - 一种多源异构数据处理方法、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多源异构数据处理方法、装置和存储介质，针对水面、水下空间跨域通信系统，基于单一设备实现多源异构信号处理，满足水面、水下通信信息的跨域交互需求。多源异构信号处理装置包括通信模块、控制模块和信号处理模块，其中：通信模块，用于接收外部设备发送的、不同类型的通信信号；控制模块，用于进行系统任务调度、状态管控、场景切换及存储转发相关控制及调用；信号处理模块，用于在控制模块的调度下，解析接收到的信号获得信号频谱特征和数据特征信息，其包括以下至少一种：方位信息、距离信息、能量信息、移动速度信息；根据提取的信号频谱特征识别目标对象，根据提取的数据特征信息对目标对象进行跟踪和定位。

Description

一种多源异构数据处理方法、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种多源异构数据处理方法、装置和存储介质。

背景技术

基于浮标的常规信号处理机通常以处理单一类信号为主，但是，基于浮标的应用于水面、水下跨域的通信系统涉及水面、水下空间数据交互，通常需要搭载水下传感器设备、水下通信处理设备、水面通信处理设备和水面探测设备等多套设备，各处理设备需对接收的数据信号分别进行处理之后，传输给中继网关进行数据交互，系统结构繁琐，空间占用大且耗能大。因此，如何针对水面、水下空间跨域通信系统，基于单一设备实现多源异构信号处理成为现有技术中亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明实施例提供一种多源异构数据处理方法、装置和存储介质，针对水面、水下空间跨域通信系统，基于单一设备实现多源异构信号处理，满足水面、水下通信信息的跨域交互需求。

本发明实施例提供一种多源异构信号处理装置，所述装置包括通信模块、控制模块和信号处理模块，所述通信模块包括以下至少一种：卫星通信模块、短波通信模块，水声通信模块、蓝绿光通信模块，所述信号处理模块包括以下至少一种：图形处理器GPU、中央处理器CPU、数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA，其中：

所述通信模块，用于接收外部设备发送的、不同类型的通信信号；

所述控制模块，用于进行系统任务调度、状态管控、场景切换及存储转发相关控制及调用；

所述信号处理模块，用于在所述控制模块的调度下，解析接收到的信号获得信号频谱特征和数据特征信息，所述数据特征信息包括以下至少一种：方位信息、距离信息、能量信息、移动速度信息；根据提取的信号频谱特征识别目标对象，以及根据提取的数据特征信息对所述目标对象进行跟踪和定位。

在一种实施方式中，所述信号处理模块，还用于利用数据融合技术对从不同外部设备发送的通信信号中提取的数据特征信息进行融合得到融合数据特征信息；根据融合数据特征信息对所述目标对象进行跟踪和定位。

在一种实施方式中，本发明实施例提供的多源异构信号处理装置，还包括交互模块和单板计算机，所述单板计算机和所述信号处理模块分别与所述交互模块连接；以及

所述信号处理模块，还用于通过所述交互模块向所述单板计算机发送所述信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息；

所述单板计算机，用于将接收到的信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息发送给数据交换中心。

在一种实施方式中，所述单板计算机和所述信号处理模块分别通过高速串行计算机扩展总线标准PCIe 4x接口与所述交互模块连接。

在一种实施方式中，所述单板计算机，具体用于将接收到的通信信息、信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息通过万兆网接口发送给数据交换中心。

在一种实施方式中，所述单板计算机，还用于通过SATA接口将将接收到的信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息存储到本地硬盘中。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明实施例提供的多源异构信号处理装置，通过通信模块接收来自不同设备的不同类型的通信信号，并由控制模块根据接收到的通信信号的类型，选择处理该通信信号的信号处理模块，信号处理模块解析接收到的通信信号得到信号频谱特征和数据特征信息，进而根据信号频谱特征进行目标对象识别，根据数据特征信息对目标对象进行跟踪和定位，由此，实现了在单一设备上处理多种类型通信信号的目的。

附图说明

图1为根据本发明实施例的多源异构信号处理装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的软件架构示意图；

图3为根据本发明实施例的数据流模型图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

如图1所示，其为本发明实施例提供的多源异构信号处理装置的结构示意图，包括通信模块11、控制模块12和信号处理模块13，所述通信模块11包括以下至少一种：卫星通信模块、短波通信模块，水声通信模块、蓝绿光通信模块，所述信号处理模块包括以下至少一种：GPU(图形处理器)、CPU(中央处理器)、DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)，其中：

所述通信模块11，用于接收外部设备发送的、不同类型的通信信号；

所述控制模块12，用于进行系统任务调度、状态管控、场景切换及存储转发相关控制及调用；

例如，控制模块12可以用于根据通信信号的类型，选择处理通信模块接收到的通信信号的信号处理模块。

所述信号处理模块13，用于在所述控制模块的调度下，解析接收到的信号获得信号频谱特征和数据特征信息，所述数据特征信息包括以下至少一种：方位信息、距离信息、能量信息、移动速度信息；根据提取的信号频谱特征识别目标对象，以及根据提取的数据特征信息对所述目标对象进行跟踪和定位。

在一种实施方式中，信号处理模块13，还用于利用数据融合技术对从不同外部设备发送的通信信号中提取的数据特征信息进行融合得到融合数据特征信息；根据融合数据特征信息对所述目标对象进行跟踪和定位。

具体实施时，控制模块11的功能包括任务调度控制、状态管控、场景切换、能源管理、存储转发等。任务调度涉及GPU、CPU、DSP、FPGA等任务调度；状态管控包括系统对各组成硬件设备状态、软件功能、通信链路等部件状态监控；场景切换包括水面通信场景、水下通信场景、水面探测场景、水下探测场景等；能源管控可调节系统供能方式，及各组件模块工作与否状态；存储转发可对进入处理机的数据信息进行存储管控及转发控制。

信号处理模块13的功能包括信号信息采集预处理、特征分析、定位/跟踪/识别、信息融合、数据交互等。其中，预处理，包括对信号进行分类、滤波、放大等处理；特征分析，即对信号频谱信息、能量信息、方位信息等进行提取处理；定位/跟踪/识别，获取信息携带的目标方位，智能跟踪探测、比对识别；信息融合，对多源异构数据信息进行融合处理，获取更精确的数据特征信息；数据交互，实现不同数据链路信息的交互共享。

通信模块的功能包括卫星通信、短波通信、水声通信、蓝绿光通信等多种通信方式的数据交互，实现水面及以上半空与水下半空各通信链路通信信息的交互共享。

具体实施时，本发明实施例提供的多源异构信号处理装置还包括机箱，机箱包括机箱箱体，电源模块，VPX背板，PXI背板，机箱的结构尺寸可以根据具体功能模块定制，可为背板、电源、航空插座、风扇、风道结构等提供安装固定。机箱内布设有不同类型的通信板卡实现通信模块的功能，以及处理不同类型信号的处理板卡以实现信号处理模块的功能。机箱内还布设有交换板、单板计算机(SBC板)和后IO板等。

具体实施时，单板计算机和所述信号处理模块分别与交互模块连接，具体地，单板计算机和所述信号处理模块以及通用板处理模块(A板或者主板)各有一路PCIe 4x与交换板连接，PCIe 4x支持发送与接收功能，SBC板上海设置有万兆网络接口，其中，万兆网络接口板扣在SBC板上的XMC接口上。

如图2所示，其为本发明实施例提供的多源异构信号处理装置的系统软件结构示意图。

基于此，信号处理模块可以通过交互模块向单板计算机发送所述信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息；单板计算机，用于将接收到的信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息发送给数据交换中心。具体地，信号处理模块得到的处理结果数据，例如信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息等都经由交换板并通过PCIe 4x接收通道，由SBC板读取。SBC板获取数据后，可以通过万兆网络接口模块直接输出，发送给数据交换中心；或者通过后IO板上的SATA接口存储至系统自带硬盘内。

在另一实施方式中，SBC板经由交换板并通过PCIe 4x发送通道，完成对B板(副板)的参数设置，原始数据传送，参数设置装置返回信息以及信号处理功能状态返回信息，通过PCIe 4x接收通道，由SBC板读取。原始数据可以通过万兆网络接口模块直接输入，或通过IO板上的SATA接口从系统自带硬盘内读取。典型的应用场景可以为数传调制器。如图3所示，其为本发明实施例中，数据流处理模型示意图。

本发明实施例提供了一种基于浮标的多源异构信号处理装置，可以接收来自水面及水下不同装置获取的信号，根据信号特征及实际需求，对信号进行分析处理，按需输出，具备在台信号处理装置上处理水面、水下多种类型信号的能力，并按需转发输出。

本发明实施例提供的基于浮标的多源异构信号处理装置，可以采用浮标作为多源异构信号处理装置的海上搭载平台，通过浮标为多源异构信号处理装置提供稳固的安装控件和恒定的能源保障，支撑设备在海面上长期持续运转。

本发明实施例提供的多源异构信号处理装置，集成了多源异构信号处理模块，通过集成多核芯片及处理平台，实现水下、水面通信信息和探测信息的综合处理，形成基于浮标的水面、水下跨域通信网关，通过对跨域通信协议研究，实现水面、水下的跨域信息交互。

为了更好地理解本发明，以下结合具体的实施例对本发明的实施过程进行详细说明。

实例一、水声通信信息与卫星通信信息交互

浮标挂载的水声通信机接收到来自水下移动节点获取的通信信号，包含探测到的目标频谱特性、方位等信息。水声通信数据信息经水声通信接口接入异构信号处理机，信号处理机将通信信号解析，并提取目标特征信息，经过卫星通信链路接口将数据信息转发出去，经由浮标卫星终端设备传递到数据交换中心，实现水下通信数据与水面数据交换中心的信息交互。

实例二、多源异构探测数据处理

挂载在浮标体下方的磁探仪、多元标量水听器阵列、矢量水听器等探测设备，同时探测到侵入任务海域的目标信号，经各自数据接口将数据信息载入异构信号处理机。异构信号处理机根据不同数据信息分别进行数据处理，获取不同接收源数据特征信息，并将解析得到的目标特征信息回传给数据交换中心，同时可根据任务需要，将解析得到的目标特征信息进行融合处理，获取更加精确的融合特征信息。

利用本发明实施例提供的基于浮标的多源异构信号处理装置进行多制式异构信号处理，具备如下优点：

1.一体化信号处理装置，集合了多台信号处理机的信号处理能力，实现了在一台设备上对多制式异构信号进行处理的功能；

2.通过对水面、水下通信信号的综合处理，实现水面、水下的通信信息交互；

3.机身搭载在浮标上，可利用浮标搭载的能源装备进行供能，实现长时段、常态化稳健运行；

4.集成化处理平台，相比于多台处理机同时工作，本方案提供的异构信号处理机功耗更低，空间占用更小。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (6)

1.一种多源异构信号处理装置，其特征在于，所述装置包括通信模块、控制模块和信号处理模块，所述通信模块包括以下至少一种：卫星通信模块、短波通信模块，水声通信模块、蓝绿光通信模块，所述信号处理模块包括以下至少一种：图形处理器GPU、中央处理器CPU、数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA，其中：

所述通信模块，用于接收外部设备发送的、不同类型的通信信号；

所述控制模块，用于进行系统任务调度、状态管控、场景切换及存储转发相关控制及调用；

所述信号处理模块，用于在所述控制模块的调度下，解析接收到的信号获得信号频谱特征和数据特征信息，所述数据特征信息包括以下至少一种：方位信息、距离信息、能量信息、移动速度信息；根据提取的信号频谱特征识别目标对象，以及根据提取的数据特征信息对所述目标对象进行跟踪和定位。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述信号处理模块，还用于利用数据融合技术对从不同外部设备发送的信号中提取的数据特征信息进行融合得到融合数据特征信息；根据融合数据特征信息对所述目标对象进行跟踪和定位。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括交互模块和单板计算机，所述单板计算机和所述信号处理模块分别与所述交互模块连接；以及

所述信号处理模块，还用于通过所述交互模块向所述单板计算机发送所述信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息；

所述单板计算机，用于将接收到的通信信息、信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息发送给数据交换中心。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述单板计算机和所述信号处理模块分别通过高速串行计算机扩展总线标准PCIe 4x接口与所述交互模块连接。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述单板计算机，具体用于将接收到的通信信息、信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息通过万兆网接口发送给数据交换中心。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述单板计算机，还用于通过SATA接口将将接收到的信号频谱特征、数据特征信息和所述融合数据特征信息存储到本地硬盘中。

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