[發(fā)明專(zhuān)利]一種頻域干涉譜解調(diào)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310253149.6
• 申請(qǐng)日: 2013-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103353389A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紅霞;曾崇翔;賈大功;劉鐵根;張以謨
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頻域干涉法的保偏光纖偏振耦合點(diǎn)的檢測(cè)，尤其涉及一種基于自適應(yīng)解調(diào)算法的頻域干涉譜的數(shù)據(jù)解調(diào)方法，屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

在光學(xué)干涉測(cè)量中，白光干涉術(shù)是以寬光譜、低相干光作為光源的一種干涉測(cè)試技術(shù)。白光干涉術(shù)以其獨(dú)有的特點(diǎn)而成為干涉測(cè)量中的一種重要手段，與常用的高相干光干涉測(cè)量技術(shù)相比，該方法能夠?qū)ξ锢砹窟M(jìn)行絕對(duì)測(cè)量，并且具有動(dòng)態(tài)范圍大、分辨率高等特點(diǎn)。由于白光干涉技術(shù)能為人們提供絕對(duì)測(cè)量的解決方案，因此得到了廣泛的關(guān)注，尤其是在光纖傳感領(lǐng)域。?

白光頻域干涉測(cè)量技術(shù)作為白光干涉測(cè)量技術(shù)的重要分支，與傳統(tǒng)的時(shí)域干涉測(cè)量相比，是通過(guò)光譜儀或CCD采集光譜信息，測(cè)量中無(wú)需機(jī)械掃描裝置，系統(tǒng)機(jī)械噪聲小、成像速度快、具有更短的測(cè)量時(shí)間。而且可以從測(cè)得的數(shù)據(jù)中解調(diào)與頻率/波長(zhǎng)有關(guān)的信息，包含了時(shí)域干涉條紋所沒(méi)有的信息。?

對(duì)保偏光纖的偏振耦合的檢測(cè)，主要就是采用白光干涉法。此外，還有偏振時(shí)域反射法（POTDR）、調(diào)頻載波（FMCW）法、鎖模光纖環(huán)激光器法、基于Kerr效應(yīng)檢測(cè)法等。其中，邁克耳遜白光干涉法以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高而被廣泛應(yīng)用。?

采用白光的頻域干涉法實(shí)現(xiàn)保偏光纖的偏振耦合的檢測(cè)，雖然克服了時(shí)域測(cè)量中機(jī)械掃描產(chǎn)生噪聲的不足，但測(cè)試精度同樣受到其它因素的影響，例如光源穩(wěn)定性、光譜儀譜寬和分辨率、AD變換產(chǎn)生的噪聲等。為了提高系統(tǒng)信噪比，需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的去噪處理，比如，數(shù)據(jù)預(yù)處理、傅立葉濾波器、小波去噪等。但是，對(duì)于這種噪聲和有用信號(hào)頻帶交疊區(qū)域較大的數(shù)據(jù)，采用傅里葉濾波器會(huì)丟失許多有用的信息。對(duì)于這種非平穩(wěn)、非線性的系統(tǒng)采集的信號(hào)，小波去噪效果也不理想。?

模式分解是一種基于信號(hào)時(shí)頻特性的自適應(yīng)性算法，適用于這種非平穩(wěn)、非線性的信號(hào)。專(zhuān)利201110045099.3在白光時(shí)域干涉條紋的數(shù)據(jù)解調(diào)中采用簡(jiǎn)單的模式分解重構(gòu)進(jìn)行去噪，有效地提高了系統(tǒng)信噪比。然而，由于時(shí)域白光干涉條紋的數(shù)據(jù)量隨著光纖長(zhǎng)度增加而增加，采用模式分解耗時(shí)、效率低。此外，由于實(shí)際干涉條紋中，噪聲的分布是斷斷續(xù)續(xù)的，模式分解很有可能會(huì)產(chǎn)生不同分解層共用某一段相同的頻率區(qū)間的現(xiàn)象，導(dǎo)致噪聲和信號(hào)不能很好的分離。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提高保偏光纖偏振耦合測(cè)試系統(tǒng)的信噪比，提高系統(tǒng)對(duì)于保偏光纖耦合點(diǎn)的識(shí)別能力，并抑制不同分解層頻率交疊的現(xiàn)象，提出一種頻域干涉譜的解調(diào)方法。該方法適用于對(duì)頻域干涉譜進(jìn)行解調(diào)，對(duì)保偏光纖偏振耦合信息進(jìn)行解調(diào)。同時(shí)，本發(fā)明不同于簡(jiǎn)單的模式分解方法，可以很好的抑制現(xiàn)有技術(shù)中模式分解方法的弊端，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。?

??

本發(fā)明提供的頻域干涉譜解調(diào)方法的具體步驟如下：

第1、將干涉譜作為原始信號(hào)???????????????????????????????????????????????????，計(jì)算干涉譜模式分解層數(shù)，計(jì)算公式如下：

其中，N表示采用點(diǎn)數(shù)，fix表示取整函數(shù)；

第2、對(duì)原始信號(hào)分別添加100組隨機(jī)信號(hào)，得到100組合成信號(hào)???；每組隨機(jī)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差為0.25，平均值函數(shù)為0且自相關(guān)函數(shù)為單位矩陣的倍數(shù)；

第3、對(duì)每組合成信號(hào)???進(jìn)行如下操作：

第3.1、找到合成信號(hào)???的除去端點(diǎn)的所有極大值點(diǎn)，并將這些極大值點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)，求三次樣條插值函數(shù)???，作為合成信號(hào)的上包絡(luò)；同理，找極小值點(diǎn)，求合成信號(hào)的下包絡(luò)???；

計(jì)算上包絡(luò)和下包絡(luò)的均值：

計(jì)算該組合成信號(hào)與對(duì)應(yīng)于該組合成信號(hào)的均值的差值：

；

第3.2、將以上差值???看成新信號(hào)，對(duì)???進(jìn)行第3.1步中的操作，均值表示為???，差值表示為：

對(duì)???進(jìn)行第3.1步中的操作，均值表示為???，差值表示為：

不斷地進(jìn)行第3.1步中的操作，共經(jīng)過(guò)9次操作后，得到結(jié)果如下：

；

第4、把???看作模式分解過(guò)程中???的第一個(gè)分解層，代表合成信號(hào)中頻率最高的組份；求合成信號(hào)???和第一分解層的差值：

；

將???看作新信號(hào)，重復(fù)第3步中的操作，提取???的第一個(gè)分解層???，也是???的第二個(gè)分解層，并求新信號(hào)???和???的第一個(gè)分解層???的差值：

重復(fù)m次，共提取出m層分解層，并留下一個(gè)差值???，則合成信號(hào)可以表示為：