[發明專利]一種半導體激光器光譜自適應峰值搜索方法

有效

• 申請號: 201510475227.6
• 申請日: 2015-08-05
• 公開（公告）號: CN105160070B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 侯喜報;劉加慶;張志輝;韓順利
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 朱玉建

技術領域

本發明涉及一種半導體激光器光譜自適應峰值搜索方法。

背景技術

目前，光纖通信技術由于具有傳輸容量大、傳輸速率高、抗電磁干擾、保密性強等優點，已經在軍事、工業、農業、醫療和科學研究等各個領域得到了飛速發展和廣泛應用。法布里-珀羅型半導體激光器(FP-LD)和分布反饋式半導體激光器(DFB-LD)因輸出光相干性和方向性好、譜寬窄、體積小且簡單易用，在高速、大容量光纖通信系統中是最常用的光源，其光譜通常用光譜分析儀測量得到，光譜帶寬和縱模數等參數是FP-LD最重要的光譜參數，邊模抑制比和邊模偏置等參數反映著DFB-LD的性能，光譜峰值搜索是計算FP-LD和DFB-LD上述各種光譜參數的基礎，實時準確的搜索出峰值對于光譜特性分析和開發高性能光譜分析儀器都具有十分重要的意義。

目前，常用的峰值搜索方法主要有：直接比較法、導數法、對稱零面積法、遺傳算法、小波變換等。直接比較法采用直接比較的方式找出比左右相鄰點大的數據點作為峰值點，其原理簡單，計算速度快，適合尋找平滑曲線的孤立強峰值，但在復雜的譜線分布中尋找弱峰時會產生大量虛假峰，抗噪性較差。導數法的基本思想是把譜線看為一條連續曲線，通過對譜線上各點求導數，依據導數的性質確定譜線峰值的位置，該方法對于光滑曲線具有較高的搜索準確性，計算速度基本可以滿足實時的要求，但對于噪聲較大的復雜譜線易產生虛假峰，因此需要首先對譜線進行平滑去噪，或者設置閾值參數過濾掉虛假峰。對稱零面積法是把面積為零且對稱的窗函數與待搜索光譜進行卷積變換，可以證明，面積為零的對稱窗函數，對線性基底的卷積變換結果將為零，只有在存在峰的條件下不為零，且變換值最大處為峰值所在，該方法峰值搜索效果取決于窗函數選取是否合適，除此之外還需要設置窗寬、峰的最小半寬、搜索閾值等參數，計算較為復雜，運算速度也較慢。遺傳算法能夠進行全局最優搜索，其抗噪能力較強，但該方法需要設置種群規模、初始種群、迭代次數、交叉概率、變異概率等參數，且需要較長的訓練時間來確定最優參數，不適合實時運算。小波變換法將信號分解成一系列小波函數的疊加，構建一個具有良好時域及頻域局部化的時頻信號，從而將時域尋峰轉變為小波域對小波系數矩陣的尋峰，該方法搜索準確度較高，并且對噪聲和背景具有較強的抑制能力，但該方法需要選擇小波母函數、尺度參數、平移參數等，計算量較大，也不適合實時運算。

由此可見，現有方法對上述半導體激光器光譜進行峰值搜索時存在如下問題：(1)為得到較高的搜索準確度，大部分方法都需要針對不同類型、不同測量條件下得到的光譜波形設置不同的最優閾值或參數，人為干預較多，方法無法做到自適應，魯棒性較差；(2)為過濾掉虛假峰，需要進行濾波去噪，平滑，背景基線漂移去除等預處理，不僅步驟繁瑣，計算復雜，而且在預處理過程中又不可避免地引入新的閾值或參數；(3)方法本身計算時間開銷比較大，再考慮數據預處理時間花費，無法滿足實時性的計算要求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種半導體激光器光譜自適應峰值搜索方法，其采用如下方案：

一種半導體激光器光譜自適應峰值搜索方法，包括如下步驟：

a局部最大矩陣的建立

設T代表待搜索半導體激光器的實測光譜數據序列，序列長度為n，T＝[t₁， t₂，...t_i，...t_n]；

使用窗口寬度N可變的移動窗，比較序列中某一個數據點在N范圍內和前向邊緣點及后向邊緣點的大小；

比較的邏輯關系值作為波動因子，以波動因子作為數據元素建立局部最大矩陣M(m×n)；

其中，m＝[length(T)/2]-1＝[n/2]-1,符號“[]”代表向下取整，窗口寬度N＝2i(i＝1,2,...,m)；

對于每一維的i和j，其中，1≤i≤m，1≤j≤n，當i+1≤j≤n-i時，波動因子表示為：

當1≤j≤i和n-i+1≤j≤n時，波動因子表示為：

m_i,j＝rand+1(2)

其中，rand表示在[0,1]范圍內的均勻分布隨機數；局部最大矩陣M表示為：

b局部最大維度控制

統計局部最大矩陣每一行中元素為0的個數，記為向量S：

S＝[s₁,s₂…s_i,…s_m]；

其中，s_i代表第i行中元素為0的個數，