[發(fā)明專利]一種太赫茲時(shí)域光譜修復(fù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110590382.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN113340422B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱新勇;王博;劉虎;張馨竹;初文怡;宋田
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島青源峰達(dá)太赫茲科技有限公司
• 主分類號(hào): G01J3/42
• 分類號(hào): G01J3/42;G01N21/3586
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發(fā)明公開了一種太赫茲時(shí)域光譜修復(fù)方法，截取主峰之后的時(shí)域信號(hào)并將主峰信號(hào)補(bǔ)零至與余下信號(hào)相同長度，通過向主峰信號(hào)添加等間隔從0到π波包相位差，模擬脈沖在傳播和反射過程中產(chǎn)生的失相位，形成不同相位波形的查詢表，將查詢表中的信號(hào)與余下信號(hào)互相關(guān)，在各組互相關(guān)序列中找出相干系數(shù)超過閾值的時(shí)間點(diǎn)，即為估計(jì)出的反射峰起點(diǎn)，對(duì)時(shí)域信號(hào)做經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解并提取出第一個(gè)本質(zhì)模態(tài)函數(shù)，對(duì)第一個(gè)本質(zhì)模態(tài)函數(shù)做希爾伯特黃變換，得到時(shí)頻函數(shù)，在估計(jì)的反射峰的區(qū)域內(nèi)找瞬時(shí)頻率，如果反射峰中含有和主峰高頻成分相近的頻率成分，則其為真實(shí)反射峰，對(duì)反射峰的區(qū)域分別做經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，并只保留最后一個(gè)本質(zhì)模態(tài)函數(shù)作為修復(fù)后時(shí)域信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于太赫茲光譜和成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一種太赫茲時(shí)域光譜修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

太赫茲波是一種波長介于紅外線和微波之間的電磁波，由于處于光子學(xué)到電子學(xué)的過渡區(qū)域，其具有很多獨(dú)特的屬性，如指紋光譜性、低能性、特殊穿透性等。太赫茲波與性材料作用會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的吸收譜-指紋普。極性分子，如水分子，非極性分子，如二氧化碳分子，對(duì)太赫茲波的吸收有著非常明顯的區(qū)別，因此太赫茲吸收譜對(duì)檢驗(yàn)分子特性也有著重要價(jià)值。時(shí)域太赫茲光譜掃描技術(shù)利用高精度延時(shí)線將飛秒脈沖的采樣時(shí)間延長至幾十皮秒，并通過硬件預(yù)處理來降低噪聲。由其產(chǎn)生的時(shí)域信號(hào)經(jīng)傅里葉變換得到被檢測物質(zhì)的特征吸收譜，其譜寬可達(dá)5THz以上，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)70dB以上。這種頻譜性能可滿足絕大多數(shù)化合物的檢測需求，從而為太赫茲時(shí)域光譜掃描提供了大量的應(yīng)用場景。

然而，由于脈沖太赫茲信號(hào)的產(chǎn)生方法的技術(shù)局限性，太赫茲波發(fā)射天線和接收天線會(huì)對(duì)時(shí)域信號(hào)的主峰產(chǎn)生多次反射，從而掩蓋特征譜中的吸收峰并降低掃描的性能。目前對(duì)太赫茲時(shí)域信號(hào)的降噪主要是去除高頻白噪聲等，對(duì)去除由反射峰尚處于探索階段，對(duì)微弱的反射峰信號(hào)缺乏有效判定，從而導(dǎo)致頻譜性能得不到有效改善。

發(fā)明內(nèi)容：

鑒于太赫茲時(shí)域信號(hào)濾波算法的局限性，本發(fā)明提出一種一種太赫茲時(shí)域光譜修復(fù)方法。通過精確定位反射峰，去除其區(qū)域的高頻信息，從而降低反射峰對(duì)特征吸收頻譜的影響并最終提高吸收譜對(duì)不同物質(zhì)的響應(yīng)和分辨效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的太赫茲時(shí)域光譜修復(fù)方法，具體包括以下步驟：

步驟1：采集太赫茲時(shí)域信號(hào)，并由硬件做初步降噪處理；

步驟2：找到信號(hào)的第一個(gè)峰值和峰谷，截取從峰值之前相距峰寬(通常20個(gè)時(shí)間點(diǎn))到峰谷之后相距峰寬之間的數(shù)據(jù)來作為主峰信號(hào)；

步驟3：截取主峰之后的時(shí)域信號(hào)并將主峰信號(hào)補(bǔ)零至與余下信號(hào)相同長度；

步驟4：通過向主峰信號(hào)添加等間隔從0到π波包相位差，模擬脈沖在傳播和反射過程中產(chǎn)生的失相位，形成不同相位波形的查詢表；

步驟5：將查詢表中的信號(hào)與余下信號(hào)互相關(guān)，在各組互相關(guān)序列中找出相干系數(shù)超過閾值的時(shí)間點(diǎn)，這些時(shí)間點(diǎn)即為估計(jì)出的反射峰起點(diǎn)；

步驟6：對(duì)時(shí)域信號(hào)做經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解并提取出第一個(gè)本質(zhì)模態(tài)函數(shù)，其包含反射峰信息；

步驟7：對(duì)第一個(gè)本質(zhì)模態(tài)函數(shù)做希爾伯特黃變換，得到時(shí)頻函數(shù)；

步驟8：在步驟5估計(jì)的反射峰的區(qū)域內(nèi)找瞬時(shí)頻率，如果反射峰中含有和主峰高頻成分相近的頻率成分，則其為真實(shí)反射峰；

步驟9：對(duì)反射峰的區(qū)域分別做經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，并只保留最后一個(gè)本質(zhì)模態(tài)函數(shù)作為修復(fù)后時(shí)域信號(hào)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：首次提出了基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和希爾伯特黃變換的太赫茲時(shí)域信號(hào)修復(fù)方法，為提高特征吸收譜的分辨率提夠了有效手段；通過MATLAB實(shí)現(xiàn)了時(shí)域信號(hào)修復(fù)算法，可將代碼集成到太赫茲光譜儀的上位機(jī)中，從而作為光譜數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫的前處理方法。

附圖說明：