大數據環(huán)境下關于信號處理的技術探討

范程龍 孫燚

摘要：當前國內的高分辨信號、寬帶信號、高維信號等技術發(fā)展非常迅速，使得如今已經邁入大數據時代。本文簡要介紹大數據環(huán)境背景的信號處理核心技術，并提出信號處理的發(fā)展方向。

關鍵詞：大數據；信號處理；信息融合

中圖分類號：TN911.7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0228-02

信號有著多種多樣的形式，由一維到高維，由窄帶到寬帶。在大數據環(huán)境下，信號處理的難度在不斷地增加，現如今信號處理早已由傳統(tǒng)領域拓展到社會網絡、地理科學、能源、金融、天文等領域。由于信號數據有著復雜性、多樣性特點，所以為提高信號處理效果，就必須進行信號信息融合處理。

1 多傳感器信息融合分析

1.1 傳感信息模型

事實上這一系統(tǒng)最初被運用在軍事領域，在這種技術被人們開發(fā)出越來越多的價值以后，這項系統(tǒng)被成功的引入到越來越多的領域。不同平臺所使用的不同類型傳感器，都可以做好信號數據的采集工作，有著十分豐富的數據內容，不同數據之間可以形成互補的關系。以但傳感節(jié)點作為例子，但傳感節(jié)點所采集的信號數據精讀大多無法超過95%，為從多種、海量的數據信息中獲取精度高、價值高的信息，準確判斷對象特征和屬性，就必須將不同類型信號數據進行融合。

現如今融合信息主要有混合模型、Dasarathy模型、瀑布模型、Boyd控制環(huán)、JDL數據融合模型這五種方法。五種模型中的每一種模型都有著不同的特征。混合模型以Dasarathy模型反饋迭代特征以及Boyed循環(huán)特征結合，運用瀑布模型定義，實現與Dasarathy和JDL這兩種模型的級別聯(lián)系；以融合功能和融合任務為基礎便可以構建Dasarathy模型；Boyd模型能夠詳細闡述模型高層處理；瀑布模型可以準確區(qū)分模型底層功能；JDL模型這種模型能夠詳細劃分模型中層功能。

1.2 信息融合發(fā)展

多傳感器系統(tǒng)是一套數據信息儲量龐大的系統(tǒng)，每一個傳感器都能夠提供多樣、復雜的數據信息。為更加快捷、方便的運用傳感器多樣、海量的信息，就必須通過信息融合的辦法，優(yōu)化處理冗余、互補的信息，精準判斷觀察對象根本屬性，提高系統(tǒng)運作效能。選取信息融合方式必須以應用場所為基本依據。目前信息融合問題還無法運用數字工具處理與描述，所以我們必須加快信息融合理論的豐富速度，建立合理、通用的問題解決辦法。

2 智能傳感網

2.1 智能傳感器

傳感器主要依賴兩個基礎[1]：第一傳感器隨著硬件設備與科學技術的發(fā)展，能夠在減少傳感器節(jié)點花費的計算成本基礎上，達到信號處理目的。第二傳統(tǒng)傳感器原始數據往往有著非常龐大的數據量，且這一數據量是遠高于感興趣信息量。智能傳感器非常青睞直接獲取讓人感興趣的信號，經過傳輸、存儲與處理，完成信號的傳遞。

2.2 節(jié)點技術

在可視傳感網當中，智能相機是非常經典的傳感器[2]。它能夠實現視頻處理、視頻壓縮與視頻采集功能于一體，共同繼承在嵌入式平臺，形成具有通信和視頻處理功能為一體的視頻相繼體系。借助于智能相機，我們能夠更加方便的將中心工作站計算機算法轉移到向極端，完成分布式的數據計算。我們都知道分布式計算可以增強網絡擴展性、提高網絡應用可靠性、減少網絡通信的負荷，有著較大的優(yōu)勢，因此節(jié)點技術被人們予以了高度的重視。

2.3 傳感網計算

在傳感器的節(jié)點規(guī)模不斷增大的同時，大數據處理也成為了數據處理問題，此時就必須運用合理的手段解決智能傳感網絡的計算技術問題。如可視傳感網就非常詳細的解答了其與智能傳感網的計算相關技術，可視傳感網體系不同設備的關系是不同的，但視場間鄰接或覆蓋關系、攝像機空間關系都能歐使用視覺拓撲表征。視覺拓撲這種結構的計算可以使用源和匯，攝像機視場源和匯間存在的路徑建模，如使用圖來表示拓撲結構，那么圖中節(jié)點代表的就是源和匯，途中邊所達標的則是源和匯連接路徑。

3 高速數字信號

3.1 挑戰(zhàn)與困境

目前高速信號的信息處理所需要迎接挑戰(zhàn)難度最大的方面：（1）由于數據量不斷提升，導致高速數據的處理壓力及傳輸壓力在不斷增加。（2）因民用領域對高性能信號有著越來越高的信號處理要求，所以如何協(xié)調高性能信號民用使用關系也是非常關鍵的一面。（3）新型串行總線的傳輸有著非常廣泛的應用與發(fā)展渠道，但并行傳輸在發(fā)展過程中卻遇到了較大的阻礙。

3.2 技術發(fā)展展望

為克服上述挑戰(zhàn)及問題，高速信號的處理技術就必須面向高性能開放標準總線架、高速多處理互聯(lián)技術、多核信號處理器三個方向發(fā)展[3]。

（1）建立由Rapid IO為核心的高性能嵌入互聯(lián)技術。目前高性能嵌入系統(tǒng)有著非常良好的發(fā)展態(tài)勢，這就會對芯片建與板件的互聯(lián)對可靠性、貸款等內容提出非常嚴格的要求。Rapid IO能夠簡化流控機制，降低軟件的復雜程度。這樣在操作時候就可以更加輕松、容易的利用軟件完成整個協(xié)議棧、重傳機制的糾錯。并支持多樣化的傳輸模式，有著非常明顯的靈活性，可以輕易完成生機與拓展功能。此外這種技術還可以縮小傳輸的時延，提高數據包傳輸效率。（2）建立多處理器、多核DSP并行處理的技術。雖然DSP能夠大大提高DSP及FPGA為內核的信號處理工作需要。不過仍有許多問題是現階段仍然沒有解決的。比如如何擺脫掉串行處理的約束和局限，以及如何解決語言并行限制都是技術人員需要左中考慮的內容。（3）建立以串行交換為核心的高性能處理工具或平臺。這種技術不僅可以增強航空嵌入系統(tǒng)以及軍用系統(tǒng)的性能，同時還能夠大幅節(jié)約系統(tǒng)成本，有著低能耗，高效率的信息樹立體系。當然僅憑單一的網絡交換并不能完全解決航空嵌入式、國防嵌入式應用需求。為了使不同行業(yè)不同需求都能夠得到滿足，分層解決法就此誕生。國內多處理器與DSP嵌入式的并行信號處理能力仍不夠成熟，正處于發(fā)展速度較為緩慢進程，所以早日擺脫這種問題和困境，就必須提高對高速信號處理芯片、處理系統(tǒng)自主技術支持，使高速數字信號處理芯片與處理系統(tǒng)能夠發(fā)揮出更大的功效，提高信號處理效果與水平。

4 結語

大數據環(huán)境下的信號處理工作面臨著非常復雜、繁多的挑戰(zhàn)。為處理海量的信號數據，就必須重點研究信息融合，從而早日達成信息融合的目的。在處理多元復雜的信息時，使用智能傳感技術、高速信號處理技術，以及高速信號的處理芯片提高信號處理效率與信號處理質量。

參考文獻

[1]張培鐘，繆晨，趙陽瑩等.雷達信號處理中大數據量FFT的實現[J].微波學報，2017，33（S1）：342-345.

[2]孫瑞華.大數據環(huán)境下關于信號處理的技術探討[J].自動化與儀器儀表，2017（12）：16-17.

[3]唐震.大數據背景下的信號處理分析[J].中國新通信，2016，（21）：64.

Abstract：At present， the technology of high resolution signal， wideband signal and high dimension signal in China is developing very fast， and now it has entered the era of big data. This paper briefly introduces the core technology of signal processing in the background of big data environment， and puts forward the development direction of signal processing.

Key words：big data； signal processing； information fusion