[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的信号补偿方法及装置

说明书

本发明提供一种基于卡尔曼滤波的信号补偿方法及装置，该方法包括：获取待处理光纤信号；通过对角化卡尔曼滤波器算法对所述待处理光纤信号进行最优估计，得到目标光纤信号；其中，所述对角化卡尔曼滤波器算法迭代过程中的协方差矩阵为对角矩阵。通过采用了对角矩阵的对角化卡尔曼滤波器算法，其对滤波过程中的协方差矩阵P进行对角化使其变为对角矩阵，在保证卡尔曼滤波算法性能的前提下大大降低矩阵运算的复杂度，因此通过对角化卡尔曼滤波器算法对所述待处理光纤信号进行最优估计，得到目标光纤信号的过程，能够极大的简化运算的复杂度，有效提高运算速度。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基于卡尔曼滤波的信号补偿方法及装置。

背景技术

随着物联网、人工智能等业务的蓬勃发展，全球信息流量呈爆炸式增长，作为传输信息骨干的光纤通信系统朝着超高速率、超大容量的方向发展。然而，在高速光纤通信系统快速发展的过程中，却出现了一个令所有通信设备商都非常头痛的难题。

雷电下的强电场与强磁场会在光纤中引发克尔效应与法拉第效应，进而在雷电周围可达几百公里的光纤中产生快速变化的双折射，引发光纤中产生高达兆弧度每秒的超快偏振态变化(RSOP)以及数倍符号周期的大偏振模色散(PMD)，超过了现有接收机中预设的偏振均衡算法的跟踪能力(现有商用的100G光纤通信系统中，基于多输入多输出(MIMO)结构的恒模算法(CMA))是最常用的偏振损伤均衡算法)，造成接收机失锁，通信中断。

卡尔曼滤波器是一种在噪声背景下恢复数据的信息处理方法，由鲁道夫.E.卡尔曼(Rudolph E.Kalman)在1960年提出。最早的卡尔曼滤波器是针对线性系统设计的，后来Busy和Sunahara提出了扩展的卡尔曼滤波器(EKF:extended Kalman Filter)使其不再局限于线性系统的要求。卡尔曼滤波器广泛应用于飞机及太空船的导引，导航及控制，机器人运动规划及控制、信号处理等领域。此外，卡尔曼滤波算法依据其所需存储量小，收敛速度快的优势，在光纤通信系统的损伤均衡中也表现出了卓越的性能。

但是卡尔曼滤波器算法的运行过程多以矩阵乘加的形式进行迭代，故其良好的滤波性能需要以极高的复杂度为代价。

因此，如何更够更好的通过卡尔曼滤波器算法来进行光纤信号的补偿，已经成为业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于卡尔曼滤波的信号补偿方法及装置，用以解决现有技术中卡尔曼滤波器算法在光纤信号补偿的过程中，算法复杂度太高的问题。

本发明提供一种基于卡尔曼滤波的信号补偿方法，包括：

获取待处理光纤信号；

通过对角化卡尔曼滤波器算法对所述待处理光纤信号进行最优估计，得到目标光纤信号；

其中，所述对角化卡尔曼滤波器算法迭代过程中的协方差矩阵为对角矩阵。

根据本发明提供的一种基于卡尔曼滤波的信号补偿方法，所述对角矩阵具体是将协方差矩阵中的非对角线元素进行简化，得到仅保留对角线元素的对角矩阵。

根据本发明提供的一种基于卡尔曼滤波的信号补偿方法，通过对角化卡尔曼滤波器算法对所述待处理光纤信号进行最优估计的步骤，具体包括：

通过对角化卡尔曼滤波器算法对于待处理光纤信号中的超快偏振态变化RSOP和待处理光纤信号中的偏振模色散PMD进行最优估计，得到预估RSOP和预估PMD；

以根据所述预估RSOP和预估PMD得到目标光纤信号。

根据本发明提供的一种基于卡尔曼滤波的信号补偿方法，通过对角化卡尔曼滤波器算法对所述待处理光纤信号进行最优估计的步骤，具体还包括：

初始化卡尔曼滤波器后，对待处理光纤信号进行先验估计和协方差计算，得到光纤信号的先验估计结果；