Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Microwave Photonics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
High accuracy and time resolution optical transfer delay (OTD) measurement is highly desired in many multi-path applications, such as optical true-time-delay-based array systems and distributed optical sensors. However, the time resolution is usually limited by the frequency range of the probe signal in frequency-multiplexed OTD measurement techniques. Here, we proposed a time-resolution enhanced OTD measurement method based on incoherent optical frequency domain reflectometry (I-OFDR), where an adaptive filter is designed to suppress the spectral leakage from other paths to break the resolution limitation. A weighted least square (WLS) cost function is first established, and then an iteration approach is used to minimize the cost function. Finally, the appropriate filter parameter is obtained according to the convergence results. In a proof-of-concept experiment, the time-domain response of two optical links with a length difference of 900 ps is successfully estimated by applying a probe signal with a bandwidth of 400 MHz. The time resolution is improved by 2.78 times compared to the theoretical resolution limit of the inverse discrete Fourier transform (iDFT) algorithm. In addition, the OTD measurement error is below ±0.8 ps. The proposed algorithm provides a novel way to improve the measurement resolution without applying a probe signal with a large bandwidth, avoiding measurement errors induced by the dispersion effect.
optical transfer delay measurement time resolution enhancement incoherent OFDR adaptive filtering 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013901
作者单位
摘要
中国人民解放军63963部队, 北京 100072
受限于材料和制造工艺, 红外图像中普遍存在着条纹非均匀性, 其严重影响了图像的成像效果, 进而对后续的目标识别、检测等工作造成干扰。典型的最小均方误差(LMS)算法在一定程度上可以抑制条纹非均匀性, 但其场景适应性差, 存在拖尾和“鬼影”现象。提出一种改进型的最小均方误差(LMS)自适应滤波算法对图像进行处理, 利用双边滤波和最速下降法快速获取准确的校正参数, 将前一帧算出的校正结果作为后一帧的初始输入值, 提升算法的准确性, 同时算法还增加了边缘检测模块以保留图像细节。采用不同场景下非制冷型探测器的真实红外图像, 从主观和客观两个方面对比了本算法和经典LMS算法, 结果表明, 提出的算法可以很好地保护图像细节, 也具有良好的场景适应性。
红外图像 条纹非均匀性 最小均方误差 边缘检测 自适应滤波 infrared thermal image stripe nonuniformity least-mean-square error edge detection adaptive filtering 
光学与光电技术
2023, 21(6): 0014
作者单位
摘要
1 北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室, 北京 100000
2 北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100000
针对传统滤波算法中忽视了误差方程中的高阶量所引起的导航结果不够准确的问题, 提出了一种改进ESKF算法, 将基于误差状态建模的滤波算法同EKF相结合。针对组合导航的鲁棒性与适应性, 提出了一种将卡尔曼滤波算法与自适应滤波算法相结合的滤波算法, 并进行仿真验证。仿真结果表明: 当组合导航系统受到较大扰动时, 改进算法较传统滤波算法使组合导航系统在经度精度上提高了49.48%, 纬度精度上提高了34.21%,有效提高了组合导航系统的精确性和鲁棒性。
组合导航 惯性导航 卡尔曼滤波 自适应滤波 integrated navigation inertial navigation Kalman filtering adaptive filtering 
电光与控制
2023, 30(5): 1
张帅台 1,2李国元 2,*周晓青 2么嘉棋 2,3[ ... ]唐新明 1,2
作者单位
摘要
1 兰州交通大学 测绘与地理信息学院,甘肃 兰州 730070
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京 100048
3 山东科技大学 测绘与空间信息学院,山东 青岛 266590
新型星载光子计数雷达可获取地面及地面目标的高精度三维信息,但是其测量精度受噪声影响较大。针对在背景噪声不一致及坡度较大区域自动化提取单光子激光数据信号较为困难的难题,文中提出基于多特征自适应的单光子点云去噪算法,有别于传统圆形或椭圆形滤波核,选择更加符合单光子点云数据特征的平行四边形滤波核,分别通过坡度、空间密度、噪声率等多特征自适应识别信号。选择位于青藏高原冰川区域坡度较大且地形破碎的ICESat-2单光子点云数据,开展点云去噪试验和验证,通过与ATL03、ATL08官方去噪结果对比,文中算法在背景噪声水平不一致和大坡度区域具有更优的性能。
单光子激光 自适应滤波 ICESat-2 ATL03/ATL08 卫星激光测高 single photon laser adaptive filtering ICESat-2 ALT03/ATL08 satellite laser altimetry 
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210949
作者单位
摘要
1 贵州大学大数据与信息工程学院,贵州 贵阳 550025
2 西安现代控制技术研究所,陕西 西安 710065
针对光纤陀螺传统滤波方法降噪效果欠佳的问题,提出了一种基于递归最小二乘(RLS)自适应滤波的光纤陀螺实时降噪技术。根据RLS自适应滤波原理,基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了一种新的实现RLS自适应滤波的交替存储乘累加流水线结构。实验结果表明,该结构能在较高频率下实现光纤陀螺输出信号的RLS自适应滤波实时降噪。相比较于传统的最小均方(LMS)自适应滤波,RLS自适应滤波有效降低了光纤陀螺输出信号中的噪声含量,陀螺精度提高约50%,相位延迟降低约30%。该研究对光纤陀螺的性能提升具有一定的实用价值。
光纤光学 光纤陀螺 自适应滤波 实时降噪 Allan方差 fiber optics fiber optic gyroscope adaptive filtering real-time noise reduction Allan variance 
中国激光
2022, 49(21): 2106004
王之昊 1,2,3张文喜 1,2,3,*伍洲 1,2,3孔新新 1,3[ ... ]郝义伟 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 中国科学院大学光电学院,北京 100049
3 中国科学院计算光学成像技术重点实验室,北京 100094
针对激光测振仪中的自适应滤波问题,本文采用最小均方误差前向预测器,仿真分析了振动测量信号的峰值、频率、滤波器阶数和步长系数等参数对最小均方误差前向预测器滤波性能的影响,并搭建实验系统进行了验证。研究结果可以作为最小均方误差前向预测器参数选择的理论依据,为设计适用于激光测振仪自适应滤波器提供技术手段。

振动测量 自适应滤波 最小均方误差 前向预测器 vibration measurement adaptive filtering LMS forward predictor 
光电工程
2022, 49(5): 210391
龙超 1,2金恒 1,3黎玲 1,3盛晋银 1,3段黎明 1,2,*
作者单位
摘要
1 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学光电工程学院, 重庆 400044
3 重庆大学机械与运载工程学院, 重庆 400044

针对现有非局部均值算法降噪后的计算机断层扫描(CT)图像仍存在边缘模糊、细小特征信息消失等问题,提出一种特征融合的自适应非局部均值降噪方法。首先对中心像素进行相似性判断以排除非相似像素加权对降噪效果的影响;然后从相似框矩阵最大特征值与像素间欧氏距离方面考虑图像的自相似性,提出一种特征融合的高斯加权方法;基于结构张量对自适应滤波系数进行上下确界约束,解决了因目前滤波系数下确界为零而影响图像质量的问题。通过仿真和实际应用证明本文算法具有更好的保边缘和细节信息效果,本文算法相较于非局部均值算法在结构相似度上平均提高了约4%,而峰值信噪比平均提高了近4 dB。

X射线光学 计算机断层扫描图像 自适应滤波 特征融合 非局部均值 X-ray optics computer tomography image adaptive filtering feature fusion non-local means 
光学学报
2022, 42(11): 1134024
作者单位
摘要
南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室,江苏 南京 210094
针对云雾环境对激光近程探测系统测距精度的影响,提出了一种变步长自适应滤波方法。首先结合脉冲激光近程传输理论和Mie散射理论,建立脉冲激光云雾传输后向散射模型,在此基础上甄别、分离出云雾环境下脉冲激光回波的干扰信号;然后根据干扰信号的特征,采用自适应滤波方法滤除云雾干扰回波信号,研究了云雾干扰下激光回波的脉宽、峰值和回波时刻这三种随机干扰因素对滤波性能的影响;最后在实验室云雾环境下验证了所提滤波方法的效果。结果表明:在不同的激光回波脉宽、功率以及回波时刻下,所提自适应滤波方法具有良好的滤波效果和抗干扰性能,能有效提高脉冲激光近程探测系统在云雾环境下的测距精度。
测量 脉冲激光 近程探测 云雾干扰 自适应滤波 探测精度 measurement pulsed laser short-range detection cloud interference adaptive filtering detection accuracy 
中国激光
2022, 49(7): 0704001
作者单位
摘要
东华理工大学测绘工程学院,江西 南昌 330013
针对传统滤波方法对于背包点云数据在地形陡峭、植被覆盖广的复杂地区的滤波精度较低的问题,提出一种基于背包LiDAR点云多尺度渐进数字地面模型(DTM)构建方法。首先,利用最小二乘法由地面种子点拟合出DTM曲面,并构建出渐进式DTM;然后,通过多尺度形态学开运算进行地物点探测;最后,通过设定自适应滤波阈值函数实现地面点的提取。选取4组位于复杂地形区域的背包LiDAR点云数据进行实验分析,本文方法得到的平均总误差为7.88%;与3种传统的滤波算法(LAStools、MCC和CSF)进行滤波对比分析,本文方法在4个实验区域内的总误差均明显低于以上3种方法的滤波总误差。此外,本文方法不需要设置复杂的参数,能够根据地形的变化自适应地调整滤波阈值,具有较强的鲁棒性。
遥感 背包LiDAR 形态学运算 多尺度渐进方法 自适应滤波 remote sensing backpack LiDAR morphological operation multi-scale progressive method adaptive filtering 
中国激光
2022, 49(4): 0410001
雷铭 1,2,3冯志辉 1,2,3,*南亚明 1,2,3冯田 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室,四川 成都 610209

正交相位解调是相干激光脱靶量检测中重要的信号处理方法,使用卡尔曼低通滤波器可以有效提高数字正交解调相位计的鉴相性能。针对噪声统计信息未知时,卡尔曼低通滤波器精度下降的问题,提出一种基于Sage-Husa自适应滤波的解决方法,该方法利用自适应因子调整状态预测协方差阵,有效降低模型误差,提高滤波精度。对所提方法进行Matlab仿真实验,结果表明,自适应卡尔曼滤波方法能有效地改善数字锁相解调器的鉴相性能,减小低信噪比下脱靶量解算误差。

测量 激光干涉测量 脱靶量 正交解调 自适应滤波 measurement laser interferometry off-target amount quadrature demodulation adaptive filtering 
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0112003

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