弹光调制干涉图的预处理及相位校正方法

弹光调制傅里叶变换干涉信号是高速、连续非线性变化。为了实现等时间采样干涉信号的准确光谱重建,有必要对弹光调制干涉信号的预处理技术和相位校正方法进行研究。为了从连续的干涉数据中获取一幅完整的干涉图,文中利用干涉图零光程差点的幅值最大特性,获取一幅完整的干涉图。同时,为了克服干涉图的非对称性,提出将改进的Mertz相位校正方法与非均匀快速傅里叶变换算法（NUFFT）相结合,提高重建光谱的速度和准确度。在实验中,通过仿真产生300 K红外黑体的非对称弹光调制干涉图,采用该数据处理方法提高了重建光谱的精度,并以大气窗口为被测对象,比较准确地重建了大气光谱曲线,实现了气体成分的定性分析。     

单边干涉数据光谱复原的关键问题分析

针对干涉式傅里叶变换光谱仪中干涉信号的单边过零采样和实时快速数据处理要求,该文对光谱复原中的实时数据处理关键问题进行分析。在实验中以迈克尔逊干涉仪为核心,以632.8nm的激光为参考光源,以3.5～5.0μm的大气窗口为被测对象,产生干涉图;通过HgCdTe点探测器对干涉图进行光电转换,获取干涉数据。基于Matlab软件对干涉数据进行预处理、最小采样数据点确定、切趾、相位校正、频谱标定等光谱复原中数据处理的关键技术和问题进行分析和仿真分析。实验表明,大气窗口的4 096点的干涉数据采用小双边干涉数据量为512点,所有干涉数据采用非对称三角切趾的Mertz法相位校正,傅里叶变换、线性标定后能快速复原目标光谱,且光谱分辨率达到4cm-1。     

傅里叶变换光谱仪非渐变相位误差的校正方法

研究了相位误差起伏性较大、不满足随波数缓慢变化时的干涉型傅里叶变换光谱仪谱线相位误差的校正方法,根据实序列傅里叶变换的性质和离散傅里叶变换的性质,将过零单边干涉图采样数据和短双边干涉图采样数据分别作为复数序列的实部和虚部,组成一组复数序列,对此复数序列进行一次傅里叶变换,能够避免当相位误差起伏性较大时,对相位误差进行多项式拟合带来的较大误差,可以获得高精度的光谱。研究结果表明,当相位误差不能满足随波数缓慢变换时,传统的Mertz乘积法不能校正此时的相位误差,而实验中提出的方法能够校正此类相位误差,并且获得理想的光谱曲线,可以广泛地应用到干涉型傅里叶变换光谱仪的光谱反演中。     

光纤傅里叶变换光谱仪中谱线相位误差的乘积法校正

在光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)中由于抽样误差和光纤色散等原因引起相位误差导致谱线畸变.乘积法在频域实现相位误差校正,通过短双边干涉图和单边干涉图分别计算出低分辨率和高分辨率的相位谱及幅度谱,并用两个相位谱差的余弦乘以高分辨率的幅度谱得到相位误差校正的谱.讨论了两种截断函数情况下用乘积法计算得到相位误差校正后的光谱.相位校正后的谱和标准谱线比较,二者基本重合.在光纤色散存在的条件下,乘积法仍然有效地消除了谱图中相位误差,证明了FFTS中乘积法校正相位误差的有效性.该方法比双边干涉图法具有较高的光谱分辨率,光谱的基线并不会因噪声而升高,且比卷积法计算简单、速度快、实时性好,可广泛应用到FFTS中.     

基于FPGA的傅里叶变换光谱仪光谱复原技术

为了实时获取化学战剂、大气污染物等待测物的光谱信息,设计了一种基于现场可编程门阵列实现单边干涉图光谱复原的高速数据处理系统。该系统采用将去直流、切趾,快速傅里叶变换、相位校正等光谱复原处理集成在一块现场可编程门阵列芯片内实现的方法,具有集成度高、速度快、成本低等优点。在ISE10.1开发平台上设计了数据处理系统硬件电路,通过WQF-520型傅里叶变换红外光谱仪采集干涉数据传给现场可编程门阵列进行处理,实验结果与MATLAB仿真结果比较,相对误差在1.2%以内。结果表明,该系统可正确复原光谱,适用于时间调制和空间调制的干涉式光谱仪系统。     

干涉光谱重建中的相位误差检测方法对比研究

干涉条纹相位误差检测与校正是傅里叶变换光谱重建中的关键技术之一。本文对同步 法、傅里叶变换法和局部傅里叶变换法三种典型干涉条纹相位误差检测方法的效果进行了对 比研究。仿真及实际数据实验发现上述方法在处理缓变与快变的干涉条纹相位误差及干涉条 纹有噪声时存在很大差异:同步法适宜于处理相位误差缓变的干涉条纹,而傅里叶变换法和 加窗傅里叶变换法适用于处理相位误差快变的情况;傅里叶变换法在高信噪比情况下具有较 好的性能,加窗傅里叶变换法在低信噪比下具有较强的鲁棒性。     

基于Forman法对遥感干涉图像进行相位校正的改进

相位误差的校正是傅立叶变换光谱仪器计算处理中的重要环节,Forman法是常用的校正方法之一.针对Forman法运算量大、实时性差的缺点,提出了对它的计算过程进行改进的方法.在分析Forman相位校正算法的基本原理和运算流程的基础上,充分运用傅立叶变换和卷积的性质,简化了计算过程,有效的提高了计算效率.重点研究了算法改进的方法和途径,并给出了其流程.最后,估计了改进前后方法的运算量和处理时间的对比.     

空间外差干涉图调制项误差分析与校正

空间外差光谱仪一体化制作过程的光学缺陷会导致光学仪器采集到的干涉图存在误差,将仪器的相位误差和非均匀误差共同作用下对干涉图产生的影响称为"调制项误差".结合空间外差干涉图与光谱之间的对应关系,基于傅里叶变换的卷积特性提出了一种干涉图调制项误差校正算法以达到同时修正干涉图相位误差和非均匀误差的目的,提高光谱反演精度.对比校正前后光谱与理论光谱之间的均方误差和信噪比来定量说明校正效果.通过数据对比发现,经校正后光谱的均方误差由1.17×10-2减少到8.86×10-5,光谱信噪比从10.36提高到30.11,体现了校正算法的有效性.     

基于FPGA静态傅里叶变换干涉系统的实时数据采集

针对静态傅里叶变换光谱仪中干涉条纹采集与处理对速度快的特殊要求,设计了用FPGA实现干涉图采集和光谱复原系统,通.过CCD采集静态傅里叶干涉条纹后,将数字灰度值输入到FPGA中,进行傅里叶变换(FFT)、取模、光谱标定等处理后得到入射光的光谱信息.光谱获取的算法主要由基2-FFT和光谱标定实现,光谱标定是通过在可探测波...     

傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原FPGA芯片系统研究

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求,研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计,以流水线方式输出目标的复原光谱信息,可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中,具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点,为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。     

傅里叶变换光谱相位校正的FPGA实现方法

傅里叶变换光谱仪因具有分辨率高等优点已被用于新一代大气垂直探测仪。这种光谱仪获取的数据量很大,只有进行星上数据处理才能降低数据发送量。方法之一是在轨光谱复原。由于非零光程差采样等原因使采样干涉图存在相位差,经傅里叶变换得到的复数光谱需进行相位校正以获得实数谱。FPGA(Field-Programmable Gate Array)是一种很有应用前景的星上数据处理硬件平台。阐述了相位误差的来源及几种相位校正方法。平方根法适于FPGA硬件实现。针对采用传统方法计算平方根时需要很多硬件资源及精度较差的问题,提出采用CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法完成复数光谱模值和相位角的计算。重点论述了CORDIC算法的FPGA实现结构,分析了其实现的精度、速度和所需的硬件资源。结果表明,采用CORDIC算法计算,复数光谱的相位和模值具有很好的精度和速度,所需的硬件资源较少。     

无背景遥感FT-IR干涉图特征信息提取方法

为改进环境监测方法，结合遥感辐射传输模型，介绍了被动遥感傅里叶变换红外干涉图特征信息提取方法。该算法可直接对污染气体的遥感傅里叶变换红外干涉图进行处理，并利用数字带通滤波器压缩背景红外辐射及其他干扰物质。实现了目标特征信息的有效提取，无需对原始干涉图做傅里叶变换即可获得光谱，特别是无需使用背景光谱获得差谱或者比谱，克服了必须测量干净背景谱的限制。实验结果表明，经过特征信息提取的干涉图可用于模式识别和定量分析，效果良好。     

红外傅里叶光谱仪的干涉图模型研究及应用

介绍了红外傅里叶光谱仪干涉图的获 取原理和过程。基于MATLAB软件,首次采用将数值积分技术结合 离散傅里叶变换的方法对干涉图特性进行了建模和计算,得到了不 同温度黑体辐射所对应的干涉图,并对其直流偏置、最 大值以及相对最小值等特征进行了分析。定量给出了相对最小值与直流偏 置之间的线性关系,并从试验数据上对其进行了验证。在国内首次 从干涉图特性的角度分析了大气垂直探测仪系统的背景噪 声。然后对通过在CTIA型读出电路中引入减法电路来提高动态范围的 方法进行了可行性分析。结果表明,该方法并不具有可行性。     

大摆角摆臂式干涉仪非线性干涉信号光谱反演

为快速实现大摆角摆臂式干涉仪非线性干涉信号的光谱反演,通过分析大摆角摆臂式干涉仪的工作过程和干涉信号的非线性对光谱反演的影响,提出了基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)的光谱反演方法。该方法先利用核函数和卷积算法让非线性干涉信号线性化,然后对线性化的干涉信号进行快速傅立叶变换实现光谱反演。实验将光程差替换法和NUFFT算法分别应用于非线性干涉信号的光谱反演。结果表明:两者光谱反演精度相近,但NUFFT算法速度更高。     

光学分数傅里叶变换的卷积性质

根据分数傅里叶变换的位移性质和卷积运算的定义,分析了卷积的光学分数傅立叶变换性质,给出了其数学表达和物理解释,并将所得结论与常规傅立叶变换的卷积性质做了对比.计算机模拟实验验证了理论的可靠性与可行性,该结论在光学测量、信息处理等应用领域具有实用价值.     

A new method for the compensation of the SAR range cell migrationbased on the chirp z-transform

Precision synthetic aperture radar (SAR) data processing requires the compensation of the range-dependent range cell migration (RDRCM) phenomenon. This paper describes a new method that permits the compensation of the RDRCM effect using a nonstandard Fourier transform (FT). This operation is applied, in the two-dimensional Fourier domain, to the range signal spectrum and allows the compensation of the azimuth frequency-dependent scaling factor due to the RDRCM. The nonstandard FT is performed via a chirp z-transform that is carried out with one convolution operation and two phase multiplications