本发明涉及光纤传感信号处理，尤其是指一种光纤通信多径干扰抑制方法和系统。
背景技术：
1、光纤传感器具有灵活性高、容易组网等优势，在安防、监测与勘测领域中得到了广泛的应用。光纤传感器可以组成光纤系统，在光纤系统的实际通信过程中，随着光纤受到形变的扰动，光信号的传输会产生多径效应，从而导致接收端在接收到有效直达波的同时受到多径传播信号的干扰，从而降低光纤系统通信的信息传输可靠性。但是，现有技术中没有有效的方法可以在多径干扰背景下保证光纤系统信息的传输可靠性。
技术实现思路
1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种光纤通信多径干扰抑制方法和系统，可以得到多径干扰抑制后的接收信号，提高在多径干扰背景下的光纤系统信息传输的可靠性。
2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种光纤通信多径干扰抑制方法，包括：
3、获取光脉冲的接收信号矩阵，构建相位空间的相移字典和时延空间的时延字典，结合所述接收信号矩阵、相移字典、时延字典计算时频空间融合特征矩阵；
4、构建时延差补偿矩阵，通过所述时延差补偿矩阵对所述接收信号矩阵进行观测得到同步接收信号矩阵；
5、根据所述同步接收信号矩阵计算时延差补偿后的时频空间融合特征矩阵，构建多径干扰特征矩阵、有效信号特征矩阵并分解所述时延差补偿后的时频空间融合特征矩阵，求解有效信号特征矩阵的最优解；
6、结合所述相移字典、时延字典和有效信号特征矩阵的最优解得到多径干扰抑制后的接收信号矩阵。
7、在本发明的一个实施例中，所述获取光脉冲的接收信号矩阵，构建相位空间的相移字典和时延空间的时延字典，包括：
8、获取接收端对每个光脉冲的采样长度、记为 l，接收到的 n个光脉冲信号组成的接收信号矩阵为：
9、，
10、其中，为接收信号矩阵，表示接收到的 n个光脉冲信号；
11、将相位空间离散为 v个网格得到,为第 v个相位网格，构建相移字典为：
12、，
13、其中，为相移字典， e为自然底数， j为虚数符号， t为时间索引；
14、将时延空间离散为个网格得到,为第 d个时延网格，构建时延字典为；
15、，
16、其中，为时延字典，为时刻的光脉冲信号。
17、在本发明的一个实施例中，结合所述接收信号矩阵、相移字典、时延字典计算时频空间融合特征矩阵，包括：
18、根据所述相移字典对所述接收信号矩阵进行多相位空间的稀疏表示：
19、，
20、其中， t表示转置操作，是相位空间稀疏特征矩阵，为第 v个相位网格上的潜在信号幅度，为第 v个相位网格上的潜在信号传输时延；为时刻的光脉冲信号；
21、对所述相位空间稀疏特征矩阵进行多时延空间的稀疏表示：
22、，
23、其中，为时频空间融合特征矩阵。
24、在本发明的一个实施例中，所述时延差补偿矩阵为：
25、，
26、其中，为第 m个光脉冲的时延差补偿矩阵，为fft逆变换矩阵， p为光脉冲单位时延补偿矩阵，为的 m次幂。
27、在本发明的一个实施例中，所述fft逆变换矩阵为：
28、，
29、其中，为光脉冲的采样长度，， e为自然底数， j为虚数符号，为的次幂；
30、所述光脉冲单位时延补偿矩阵为：
31、，
32、其中，为的次幂，，表示取整函数，为单位时延网格对应的单位时延量，为不同光脉冲之间的固定的时延差。
33、在本发明的一个实施例中，所述同步接收信号矩阵为：
34、，
35、其中，为同步接收信号矩阵，表示将向量重组为维的矩阵，为光脉冲的采样长度， n为光脉冲信号的个数；为对角化函数，表示维的单位矩阵；为矩阵向量化函数，为接收信号矩阵。
36、在本发明的一个实施例中，所述构建多径干扰特征矩阵、有效信号特征矩阵并分解所述时延差补偿后的时频空间融合特征矩阵，包括：
37、根据多径干扰特征矩阵、有效信号特征矩阵分解所述时延差补偿后的时频空间融合特征矩阵为：
38、，
39、其中，为时延差补偿后的时频空间融合特征矩阵，为有效信号特征矩阵，为多径干扰特征矩阵，为噪声矩阵。
40、在本发明的一个实施例中，所述求解有效信号特征矩阵的最优解，包括
41、将有效信号特征矩阵的分离问题归纳为优化问题：
42、，
43、其中，表示相位空间稀疏特征矩阵的第行，为二范数，表示核范数，为一范数，表示frobenius范数；和为超参数，则为噪声抑制系数；
44、在满足条件时，将取值最小时的有效信号特征矩阵作为有效信号特征矩阵的最优解。
45、在本发明的一个实施例中，所述多径干扰抑制后的接收信号矩阵为：
46、，
47、其中，为多径干扰抑制后的接收信号矩阵，为有效信号特征矩阵的最优解。
48、本发明还提供了一种光纤通信多径干扰抑制系统，包括：
49、信号获取模块，用于获取光脉冲的接收信号矩阵；
50、时频空间融合特征矩阵构建模块，用于构建相位空间的相移字典和时延空间的时延字典，结合所述接收信号矩阵、相移字典、时延字典计算时频空间融合特征矩阵；
51、同步接收信号矩阵获取模块，用于构建时延差补偿矩阵，通过所述时延差补偿矩阵对所述接收信号矩阵进行观测得到同步接收信号矩阵；
52、有效信号特征矩阵求解模块，用于根据所述同步接收信号矩阵计算时延差补偿后的时频空间融合特征矩阵，构建多径干扰特征矩阵、有效信号特征矩阵并分解所述时延差补偿后的时频空间融合特征矩阵，求解有效信号特征矩阵的最优解；
53、信号多径干扰抑制模块，用于结合所述相移字典、时延字典和有效信号特征矩阵的最优解得到多径干扰抑制后的接收信号矩阵。
54、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
55、本发明通过分析直达波信号与多径传播信号的特点构建联合稀疏表示模型，在此基础上从稀疏结构的差异性入手得到多径干扰抑制后的接收信号；首先通过相移字典、时延字典计算时频空间融合特征矩阵，接着通过时延差补偿观测同步接收信号，然后结合时频空间融合特征矩阵和同步接收信号求解有效信号特征矩阵，最后结合相移字典、时延字典和有效信号特征矩阵的最优解得到多径干扰抑制后的接收信号矩阵；本发明可以得到多径干扰抑制后的接收信号，显著提高在多径干扰背景下的光纤系统信息传输的可靠性。
1.一种光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于：所述获取光脉冲的接收信号矩阵，构建相位空间的相移字典和时延空间的时延字典，包括：
3.根据权利要求2所述的光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于：结合所述接收信号矩阵、相移字典、时延字典计算时频空间融合特征矩阵，包括：
4.根据权利要求3所述的光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于：所述时延差补偿矩阵为：
5.根据权利要求4所述的光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于：所述fft逆变换矩阵为：
6.根据权利要求5所述的光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于：所述同步接收信号矩阵为：
7.根据权利要求6所述的光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于：所述构建多径干扰特征矩阵、有效信号特征矩阵并分解所述时延差补偿后的时频空间融合特征矩阵，包括：
8.根据权利要求7所述的光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于：所述求解有效信号特征矩阵的最优解，包括
9.根据权利要求8所述的光纤通信多径干扰抑制方法，其特征在于：所述多径干扰抑制后的接收信号矩阵为：
10.一种光纤通信多径干扰抑制系统，其特征在于，包括：
