[發(fā)明專利]一種基于時頻分析的復合調制解調方法

有效

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• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113295104B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 劉志剛;李清香;郭曉鵬;劉遠亮;武介成;洪軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發(fā)明公開了一種基于時頻分析的復合調制解調方法，屬于動態(tài)光路測量技術領域。包括以下步驟：步驟1、采集雙運動目標在不同運動狀態(tài)下的干涉信號，對采集得到的干涉信號進行時頻分析，提取出被復合調制的瞬時頻率；步驟2、建立不同運動狀態(tài)的狀態(tài)空間模型，將被復合調制的瞬時頻率作為觀測值輸入，輸出迭代遞推的估計結果，并對估計結果自動進行權重分配，實現(xiàn)雙運動目標在不同運動模式的動態(tài)測量。本發(fā)明所述基于時頻分析的復合調制解調方法，在不同的頻率下均可實現(xiàn)對動態(tài)目標的高跟蹤性能，同時不增加系統(tǒng)復雜程度和成本，并且具備自適應識別雙目標不同運動狀態(tài)的能力。解決了不同運動模式下，雙運動目標的動態(tài)光路的準確跟蹤測量。

技術領域

本發(fā)明屬于動態(tài)光路測量技術領域，涉及一種基于時頻分析的復合調制解調方法。

背景技術

采用外腔半導體激光器(ECDL)作為光源的頻率掃描干涉法(FSI)由于精度高、易于實現(xiàn)，是一種很有前途的絕對距離測量(ADM)方法。FSI測距技術除了無需導軌輔助、大范圍、結構簡單等優(yōu)點外，相較一般絕對測距技術，該方法最大優(yōu)勢在于兼具高測量精度的同時不受非模糊距離限制，且不存在從粗測到精測的鏈式逐級求解過程。因此，F(xiàn)SI在基礎科學研究、高端裝備制造、自動駕駛等方面有著廣泛的應用。

FSI絕對距離測量方法基于在光頻掃描測量過程中干涉儀光程差為常數(shù)的假設，然而，不同于實驗室環(huán)境，真實的測量現(xiàn)場中大量的振動和噪聲，都會使得光程差在FSI光頻掃描測量過程中發(fā)生漂移，最終光程差漂移產生的干涉條紋將與光頻掃描產生的干涉合成波長條紋相混淆，導致FSI測量結果中的光程差漂移誤差是實際漂移量的幾千倍，嚴重惡化絕對距離測量結果。因此，當前FSI系統(tǒng)的動態(tài)測量能力仍然受到合成波長變化過程中長度漂移引起的誤差放大的影響。為了解決這一問題，Deng等人提出具有兩級串聯(lián)結構的級聯(lián)狀態(tài)空間模型，基于貝葉斯理論的遞歸狀態(tài)估計方法，通過引入輔助干涉儀實現(xiàn)了FSI動態(tài)絕對測距。由于該模型參數(shù)較多，對于初值的選擇具有一定挑戰(zhàn)，且該方法并不具備判別目標不同運動狀態(tài)的能力。在FSI動態(tài)測距過程中，干涉信號同時還受到光頻掃描非線性的調制，這將嚴重影響FSI測量精度，進而限制動態(tài)測距所能分辨的最小頻率。在我們先前的工作中，Wang等人提出了自適應移位Morlet小波變換(ACSMW)方法，通過頻率旋轉算子對CSMW算法進行不斷地迭代，極大地提高了提取強時變非平穩(wěn)信號瞬時特征的精準度。然而，ACSMW算法針對僅受光頻調諧的干涉信號，而在動態(tài)測距過程中，干涉信號的瞬時頻率除了受到光頻調諧外，還受到運動目標運動的調諧。因此，目前仍然無法解決雙運動目標在不同運動模式下的動態(tài)光路的準確跟蹤測量。

發(fā)明內容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于時頻分析的復合調制解調方法，解決了在不同運動模式下，雙運動目標的動態(tài)光路的準確跟蹤測量。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以現(xiàn)：

本發(fā)明公開了一種基于時頻分析的復合調制解調方法，包括以下步驟：

步驟1、采集雙運動目標在不同運動狀態(tài)下的干涉信號，對采集得到的干涉信號進行時頻分析，提取出被復合調制的瞬時頻率；

步驟2、建立不同運動狀態(tài)的狀態(tài)空間模型，將被復合調制的瞬時頻率作為觀測值輸入，輸出迭代遞推的估計結果，并對估計結果自動進行權重分配，實現(xiàn)雙運動目標在不同運動模式的動態(tài)測量。

優(yōu)選地，步驟1中，對采集得到的干涉信號進行時頻分析，提取出被復合調制的瞬時頻率，具體步驟包括如下：

i)對干涉信號進行解析得到干涉信號的解析信號，通過頻率旋轉算子對所得干涉信號的解析信號進行旋轉后取實部，獲得近似平穩(wěn)信號；

ii)將所得近似平穩(wěn)信號通過連續(xù)小波變換，得到近似平穩(wěn)信號的瞬時頻率，將所得近似平穩(wěn)信號的瞬時頻率作為迭代前的頻率，通過去除頻移得到迭代后的頻率；將迭代前的頻率與迭代后的頻率相結合，得到一次迭代的干涉信號的瞬時頻率，所得一次迭代的干涉信號的瞬時頻率用作下一次迭代的小波參數(shù)；