[發(fā)明專利]一種基于降噪處理的Y波導偏振特性參數(shù)測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210127678.0
• 申請日: 2022-02-11
• 公開（公告）號: CN114485732B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設計）人: 張紅霞;李天玥;溫國強;賈大功;劉鐵根
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C19/72;G06F18/10;G06F123/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

1.一種基于降噪處理的Y波導偏振特性參數(shù)測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1、搭建保偏光纖干涉測量系統(tǒng)，采集集成Y波導干涉信號的掃描數(shù)據(jù)；

步驟2、使用完全集合經(jīng)驗模態(tài)分解算法對集成Y波導干涉信號的掃描數(shù)據(jù)進行降噪分解處理，具體過程如下：

向當前時刻t下的原始信號S(t)中添加N組白噪聲信號nⁱ(t)，得到第i組帶噪聲的信號S_i(t)＝S(t)+εnⁱ(t)，其中，ε為白噪聲的幅度，N為白噪聲的輸入次數(shù)；對每組帶噪聲的信號進行EMD分解，得到N組IMF分量對N組求平均，獲得第一階IMF分量IMF₁(t)及殘差r₁(t)，表達式如下：

r₁(t)＝S(t)-IMF₁(t)

將殘差重復進行上述的分解，直到最終的第m階殘差r_m(t)無法進行EMD分解；

集成Y波導掃描信號S(t)表示為：

其中，m表示為IMF分量的個數(shù)；

步驟3、設置自相關系數(shù)閾值以過濾經(jīng)降噪分解處理后的集成Y波導掃描信號分量中的噪聲，并重構信號；具體過程如下：

對每一階IMF進行自相關計算，得到第j階IMF分量IMF_j(t)的自相關系數(shù)：

其中，t表示掃描數(shù)據(jù)點，n為總掃描數(shù)據(jù)點個數(shù)；

對集成Y波導掃描信號S(t)中分解得到的IMF分量進行篩選，設置篩選閾值ρ_TH，表達式如下：

當ρ_j＞ρ_TH時，保留IMF_j，否則，去除這一IMF模態(tài)分量，累加剩余的IMF分量重構信號，根據(jù)重構信號強度計算對應耦合強度：

其中，I_main為白光干涉系統(tǒng)邁克爾遜干涉儀兩臂光程差為0時所獲得干涉主極大的信號強度，I_cp為耦合點對應的信號強度，h是耦合強度；

標定集成Y波導兩端尾纖連接點，定位集成Y波導測量的掃描范圍；

步驟4、計算Y波導的偏振消光比值和尾纖串擾值，具體過程如下：

計算Y波導的偏振消光比值：提取最大耦合強度值h_k，導出Y波導的初始偏振消光比值PER_k＝-h_k；

設置步長σ_k，計算閾值耦合強度動態(tài)閾值h_thk，步長σ_k和動態(tài)閾值h_thk迭代獲得，k為計算Y波導的偏振消光比值的迭代次數(shù)，表達式如下：

σ_k＝(0.01×PER_k)^k+1

去除計算出的耦合強度點，在剩余耦合強度值中提取最大耦合強度信號點h_k+1；

如果h_k+1h_thk，則進一步計算PER_k+1；否則返回重新設定閾值h_thk和新的步長σ_k；如果α_k、α_k+1兩者之絕對差值小于等于設定精度ε，且h_thk小于系統(tǒng)的分辨率，則PER_k為得到的偏振消光比值PER＝10lg(α_k+1)，否則，重新返回計算閾值和步長；

計算尾纖串擾值：提取去除Y波導耦合點以外最大的耦合強度h_thw；

設置動態(tài)步長σ_w，計算閾值耦合強度h_thw；

在剩余耦合強度值中提取最大耦合強度信號點h_w+1，w為計算尾纖串擾值的迭代次數(shù)，表達式如下：

σ_w＝(0.01×PER_w)^w+1

去除計算出的耦合強度點，在剩余耦合強度值中提取最大耦合強度信號點h_k+1；

如果h_w+1h_thw，則進一步計算串擾值Crosstalk_w+1；否則返回重新設定閾值h_thw和新的步長σ_w；如果β_w、β_w+1兩者之絕對差值小于等于設定精度ε，且h_thw小于系統(tǒng)的分辨率，則尾纖串擾值Crosstalk＝-10lg(β_w+1)，否則，重新返回計算閾值和步長。

2.如權利要求1所述的一種基于降噪處理的Y波導偏振特性參數(shù)測量方法，其特征在于，所述保偏光纖干涉測量系統(tǒng)包括光源模塊，起偏器、Y波導器件、檢偏器、3dB耦合器、電控延遲線、法拉第旋鏡、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機，其中：Y波導器件尾端與檢偏器之間以45°角熔接在一起；光源模塊輸出的寬帶光信號經(jīng)起偏器2耦合進Y波導器件中，光經(jīng)Y波導器件的一臂輸出并通過檢偏器，3dB耦合器將通過的偏振光分成兩束，一束光直接由法拉第旋鏡反射回3dB耦合器中，另一束光經(jīng)電控延遲線再由法拉第旋鏡反射回3dB耦合器中，電控延遲線實現(xiàn)560ps掃描，用于補償掃描光纖中兩種偏振模產(chǎn)生的光程差；兩束反射光在3dB耦合器中發(fā)生干涉，干涉光出射并由光電探測器接收，由數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集并使用計算機進行數(shù)據(jù)處理。