天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
光频扫描干涉绝对距离测量系统需校正光频扫描非线性、细化信号距离谱，因此系统的数据采集及处理效率低，难以满足大尺度数字化制造场景中长度测量需求。本文设计的数据采集与处理系统，引入辅助干涉信号作为数字信号采集系统时钟，在信号采集过程中，同时校正等光频采样的光频扫描非线性，因此效率较高。并采用稀疏快速傅里叶变换确定距离谱细化区间，基于细化-快速傅里叶变换实现距离谱细化，有效提高距离的精密解算效率。实验结果表明：本文设计的系统，在数据处理速度方面，较使用线性调频Z变换的传统系统提高10倍以上；与商用干涉仪比对，在15.4~16.1 m等效空间距离范围内，测量结果误差保持在10 μm以下，测量重复性优于6 μm。
信号处理 绝对距离测量 光频扫描干涉 等光频采样 频谱细化 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0107003
1 河北工业大学机械工程学院, 天津 300401
2 华北电力大学能源动力与机械工程学院, 河北 保定 071003
利用差分吸收光谱法(DOAS)可以实现污染气体的在线监测。 为了提高监测精度, 通常利用傅里叶变换滤波法(FFT)处理差分吸收光谱数据, 但是因其频率分辨率的限制, 影响其幅值精度, 导致气体浓度的测量误差较大。 提出了一种将FFT和FT相结合的差分光谱数据处理方法(FFT+FT), 首先对差分吸收光谱数据做FFT变换, 得到其全景谱, 再对峰值点附近的频谱用改进的连续FT进行细化, 提高特征吸收频段的分辨率, 对幅值误差进行补偿, 从而提高气体浓度在线监测的精度。 实验配制了不同浓度的SO2和NO2气体, 当细化倍数为15时, SO2和NO2气体的最大测量误差不超过3.68%和3.17%, 相对于FFT法, 平均误差分别降低了1.82%和1.45%; 相对于传统的多项式拟合法, 平均误差分别降低了14.9%和1.80%; 对恒定浓度的SO2和NO2气体分别进行了多次测量, 验证了FFT+FT方法的稳定性。 分析了细化倍数对测量精度的影响, 当细化倍数小于15时, 浓度测量误差随着细化倍数的增加而降低; 当细化倍数从15增加到20时, 误差反而逐渐变大, 在大于20以后, 误差出现波动, 且都大于细化倍数为15时的测量误差。 由于细化倍数太大, 使谱线过于密集, 找到频谱序列最大值的概率降低了, 因此在有噪声的情况下采用该法进行频谱校正时, 会出现细化倍数加大而测量精度反而降低的现象。 确定了最优细化倍数, 在确保测量精度前提下, 使频谱细化的计算量最小, 满足DOAS法实时在线监测气体浓度的要求。
差分吸收光谱法 频谱细化 连续细化傅里叶变换分析(FFT+FT) Differential optical absorption spectroscopy Spectrum zoom Fast Fourier transformation and fourer transformation 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2116
南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
毫米波线性调频系统普遍采用“差频–快速傅里叶变换(FFT)”进行信号处理，但是当目标与雷达之间存在相对运动时，差频信号包含了目标的距离和速度信息。利用传统的FFT 变换进行速度距离解耦合操作，效果并不理想。针对此问题，介绍了分数阶FFT 和基于这一变换的调频信号检测原理，提出一种改进的分数阶傅里叶域局部频谱细化方法。仿真结果表明，该频谱细化算法在相同的FFT 变换点数下，能够获得更高的频谱分辨率，而频谱分辨率相同时，该算法的计算量更少。
毫米波线性调频 速度距离解耦合 分数阶傅里叶变换 局部频谱细化 Millimeter Wave Linear Frequency Modulated Continu decoupling between range and velocity Fractional Fourier Transform local spectrum refinement 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(2): 259
国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
针对激光多普勒信号中存在较大噪声干扰的实际情况，为了抑制这些噪声干扰，提高激光多普勒测速仪的测量精度，提出了对激光多普勒信号进行最小均方差(LMS)自适应滤波后作快速傅里叶变换(FFT)，基于混合编程思想对所得到的频谱，先进行频谱细化，再进行频谱校正的信号处理方法，并对理想正弦信号和实测多普勒信号分别进行仿真计算和实验研究。仿真和实验结果表明：LMS自适应滤波技术可以有效抑制激光多普勒测量中的多频率噪声的干扰，此技术能够适应于很宽的信噪比范围，大大提高多普勒信号的信噪比；频谱细化技术可以提高激光多普勒信号的频谱分辨率，频谱校正技术可以准确地校正多普勒频率，使校正后的频率更加接近于真实值；信号处理精度比直接进行FFT提高2~3倍。
信号处理 激光多普勒测速仪 混合编程 最小均方差自适应滤波 频谱细化 频谱校正 中国激光
2012, 39(s1): s109003
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
为了提高激光多普勒测速仪的测量精度, 提出对激光多普勒信号先进行跟踪滤波, 再进行频谱细化和频谱校正的信号处理方法, 并利用信号处理系统对实测的多普勒信号进行了实验研究。实验结果表明：跟踪滤波器在滤除基底信号及系统的部分噪声的基础上, 实时跟踪多普勒信号的频率, 信噪比明显提高, 所得结果与多普勒频率的真实值相一致; 频谱细化技术大大提高了频谱分辨力, 频谱校正技术使校正后的频率更接近真实值。
信号处理 激光多普勒 跟踪滤波 频谱细化 频谱校正 signal processing laser Doppler tracking filtering frequency spectrum refinement frequency spectrum correction
国防科学技术大学 光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
提出将激光多普勒测速仪(LDV)应用于车载惯性导航系统提供速度参数。阐述了激光多普勒测量自身速度的基本原理,设计了参考光束型LDV,并运用跟踪滤波、频谱细化及频谱校正技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验表明,参考光束型LDV解决了双光束不能进行离焦测量的难题;跟踪滤波器实时跟踪多普勒信号,去除基底信号和部分噪声,提高了信噪比;频谱细化和频谱校正技术,提高了频谱分辨率,使提取的多普勒频率更接近于真实值,减小了系统的测量误差。LDV可以为车载惯导系统提供有效的速度信息。
光学测量 自身速度测量 激光多普勒测速仪 跟踪滤波 频谱细化 频谱校正
