激光冲击强化靶背面自由表面速度的全光纤光子多普勒测速法测量

用现有的光纤通信器件,搭建了全光纤光子多普勒速度测量(Photonic Doppler Velocimetry,PDV)系统;用PDV系统测量了激光冲击强化(Laser Shocking Peening,LSP)靶背面自由表面速度。提出了一种称为微分法的新的PDV数据处理方法,并证明了与传统条纹法相比,在相同的硬件条件下,不但提高了测量精度,而且扩大了测量范围。用微分法对LSP实验中的测量数据进行了处理,实现了运动初始阶段自由表面瞬时速度的精确测量,因此微分法对冲击波与轰爆波中瞬态加速过程的数据处理特别适用。     

基于MeanShift算法的光子多普勒测速信号提取方法研究

针对目前光子多普勒测速(PDV)信号处理方法抗噪性能不足的现状,提出了一种对激光多普勒信号的短时傅里叶变换(STFT)频谱图进行轨迹搜索找出有效目标信号的方法,该方法利用对搜索方向进行加权的MeanShift迭代过程来得到密度函数极大值点,然后将该点作为有效信号的轨迹点。实验表明,在给出合适的初始迭代点的情况下,该算法能准确地从含有大量噪声及干扰的短时傅里叶变换频谱图中提取出有效信号,对于强噪声条件下这种PDV信号提取算法具有较强的稳健性。     

基于小波和Zernike矩的标尺靶亚像素检测算法

为解决特殊环境下基于光电成像的高精度测量系统中的低照度含噪靶面高精度测量的难题,提出了一种基于小波变换和Zernike矩相结合的亚像素边缘检测方法.该算法首先对获得的低照度含噪靶面图像采用基于小波变换局部模极大值的方法进行抗噪声的粗级边缘提取和去噪处理,获得靶面图像的像素级边缘和具有边缘保持特性的无噪声靶面图像,然后通过在边缘区域内求取Zernike矩的方法进一步提高边缘检测的精度,使得边缘检测的精度达到亚像素级,以便进一步提高测量精度.试验和仿真结果表明:该算法能够在特殊环境下实现对低照度含噪靶面的高精度边缘检测和测量,检测精度达到0.2pixel,具有较强的工程应用价值.     

飞秒光频梳基于鉴相信号处理实现速度测量

以激光测速为基础,引入飞秒光频梳,通过鉴相信号处理,研究出了一种高精度的测速方法,理论测量下限低至m/s量级。文中详细分析了飞秒光频梳经运动目标反射后梳齿相位发生变化的原理,建立了较为全面的数学模型并使用MATLAB软件进行了仿真。采用快速傅里叶变换方法对仿真测量信号相位信息进行提取并处理,分别对m/s、mm/s和m/s量级速度值进行了测量,理想情况下测量误差在1 m/s以下。同时,还对做任意运动的目标进行了测量仿真实验,结果表明文中方法还可以还原目标的运动状态。最后搭建了实验装置对mm/s量级的速度进行测量,测量相对误差均在4%以内,验证了此方法的可行性。     

激光干涉测速中的小波快速算法研究

为了提高小波变换在激光干涉测速中的计算速度,分析了小波变换的计算过程,提出了两种快速算法,通过分析对比,选择了一种适合于全光纤位移干涉信号的算法,在相同条件下,对同一信号分别采用常规小波变换和使用快速傅里叶变换的快速方法进行处理。结果表明,采用快速算法的小波变换对信号的处理能力并没有下降,且提高了小波变换的运算效率。这种快速算法用于瞬态位移干涉仪信号处理是行之有效的,可以提高数据处理的速度,有利于小波变换在工程中的应用。     

半导体激光自混合变速测量的离散Chirp-Fourier变换方法

当外部激光被反射回激光内腔时,反馈光与激光器腔内光混合,调制激光器的输出功率和频率,通过信号处理可以得到物体运动的多普勒频率,从而计算出物体的运动速度。基于这种特性,设计出一种激光自混合干涉仪,为了知道该技术是否适用于变速测量,对激光自混合用于变速运动物体的速度测量进行了探索。基于激光自混合三镜腔模型,建立了激光自混合用于变速测量的数学模型,提出了基于该模型的特征参量提取方法,该方法基于离散Chirp-Fourier变换理论。对激光自混合输出信号进行离散Chirp-Fourier变换,变换结果的主瓣坐标反映了物体运动的速度及加速度信息。最后,对该方法进行了仿真分析,在SNR=0 dB和SNR=7 dB的情况下,能较好地获得物体的速度和加速度信息。因此,仿真试验证明:该方法在较低信噪比的情况下仍能有效提取物体的速度及加速度信息。     

基于光子多普勒测速的长景深动态测试研究

目前光子多普勒测速的应用场景多为瞬时、短时的冲击、震动、飞片等测量,采集时间少、景深距离短,缺少长景深动态测试的应用。为此我们搭建了一套全光纤结构PDV以及基于LabWindows的上位机解调软件,以15 kHz线宽1550.12 nm激光器为光源,300 mm工作距离非球面镜作为探头,针对运动距离为1.33 m、最高速度14 m/s的无杆气缸滑块进行速度测量。通过多次实验,得出了无杆气缸滑块运动的全程速度曲线,并用积分反推出运动距离与实际滑块运动距离相符,平均相对误差为-0.5266%。实验结果表明,光子多普勒测速系统健壮性良好,在信号光耦合功率低的情况下仍可以得到16 dB以上信噪比的干涉信号,大气环境稳定时可在长景深范围内进行动态测量。     

小波消噪在外差式激光多普勒振动测量中的应用

基于小波变换对外差式激光多普勒振动测量系统(HLDV)输出信号进行了噪声抑制性能研究。从外差式激光多普勒测振系统的测量原理出发,结合系统回波信号的特点,考虑测振系统中白噪声的影响,分析并改进了模极大值法和系数相关法两种小波消噪处理算法,并基于以往的阈值去噪算法,提出了新的阈值函数,重点分析了多尺度细化分析对还原原始信号特征及改善信号信噪比(SNR)的影响。结果表明,针对微振动目标运动特征提取,改进后的三种方法在振动信号的特征提取及噪声消除方面具备优异性能。     

基于小波变换的BOTDR光纤温度传感系统去噪声研究

提出了一种利用小波变换技术对布里渊光时域反射(BOTDR)光纤温度传感系统测量数据进行去噪处理的方法．并根据分布式温度测量信号的特点，选择合适的小波函数，利用信息论中熵的概念来确定小波分解层数，最后用某发电机组现场的实测数据进行了验证。实例表明，该方法能有效消除噪声，并在很大程度上缩短了温度测量周期，提高了系统的实用性。     

姿态误差对机载激光多普勒三维速度测量精度的影响

激光多普勒测速系统可实现空中运动平台的速度测量,平台的姿态测量误差是影响其测速精度的重要因素。为实现运动平台三维速度的测量,以相干探测原理为基础,设计并搭建了全光纤三光束激光多普勒测速系统,建立了运动平台三维速度测量的数学物理模型,对系统测速相对误差进行了数值模拟研究。研究结果表明,姿态测量误差对测速精度的影响不可忽略;随着俯仰角度的不同,俯仰误差与旋转误差对测速精度的影响程度会发生变化;测速精度与旋转误差呈线性关系,而与俯仰误差存在着非线性关系。研究结果可为激光多普勒测速系统的设计以及速度修正提供理论依据。     

基于统计对消的激光水下图像的目标提取法

激光水下目标的识别是一个崭新的研究领域，有许多问题亟待解决，其中目标提取问题是关键。由于激光照射下的水下图像含有大量的散斑噪声，严重影响图像的质量。依据统计规律相同的噪声可以对消图像中的噪声这一原理，结合小波变换和统计方法，提出了一种基于统计对消的水下目标分割方法(SC)。其中，采用小波变换，对低频成分进行特殊处理，以增强图像中的目标信息；采用统计方法来充分抵消图像中的干扰噪声。实验结果表明，水下目标分割方法是有效且可行的。     

一种基于小波相位信息的低强度X射线影像系统的图像去噪方法

新型低强度X射线影像系统主要是由平板式单近贴静电聚焦X射线像增强器和CCD数据采集系统构成.文章简述了低强度X射线影像系统的图像噪声来源和特点,并根据图像噪声的特点,先进行多帧叠加平均预处理,再进行小波变换滤波.区别于传统的小波变换方法,引入小波变换的相位信息概念,根据噪声和图像信息小波变换后的相位不同特点,从局部和相邻尺度两方面联合进行噪声自动判别和滤除.小波反变换后,得到输出图像,通过对峰值信噪比的计算,表明该方法能取得较好效果.     

基于小波包变换实时检测回转电机振动信号

小波包变换不仅能检测非平稳信号的整次谐波,还能检测信号的非整次谐波,而且小波变换本身对信号的奇异点十分敏感,因此可以用来跟踪牙轮钻机振动信号。简述了小波包变换的原理,并基于Matlab实现了对牙轮钻机振动信号的处理。该处理具有信噪分离、测量牙轮钻机振动功率谱、牙轮钻机振动信号的时域-频域变化规律、牙轮钻机振动速度信号三维图、伴有噪声的原始振动波形和噪声波等测量功能。实测某矿山YZ-35C牙轮钻机的振动速度信号,实测效果优于P3562A动态信号分析仪的测量结果,结果表明该方法是可行的和有效的。     

实Gauss小波在三维面形测量中的应用

在基于连续小波变换(CWT)的三维面形测量过程中,小波函数的选择起到关键作用。已有文献对实墨西哥帽小波的表现展开了讨论。考虑到墨西哥帽小波、莫莱小波、DOG犬小波和盖博小波均由Gauss窗函数生成,墨西哥帽小波是Gauss函数的二阶导数,本文对实Gauss小波在三维测量中的应用进行深入讨论。理论分析了利用实小波函数经由Hilbert变换实现三维面形重建原理,完成了基于实Gauss小波的三维面形测量的模拟和实验。     

基于小波变换的超短脉冲相位回归

针对频率分辨光学门法(FROG)要用傅里叶变换迭代算法耗时较长不利于实时检测的缺点,及光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)中用传统傅里叶方法滤波过程会产生相位噪声的缺点,提出了用小波变换回归相位的方法。对FROG迹线进行时-频分析直接提取脉冲相位,从SPIDER方法的光谱干涉条纹的小波变换中直接读取相位,对两种方法的小波变换进行了数学模拟,并与傅里叶变换结果进行对比,得到:小波变换能准确地回归超短脉冲相位。最后采用SPIDER方法测量了KLM钛宝石激光器输出脉冲的光谱干涉条纹,并用小波变换和傅里叶变换重建了光谱相位,消除了窗口滤波引入的噪声,证明了方法的正确性和可靠性,更适用于超短脉冲的评价。     

半导体激光器LIV测试中阈值电流的小波提取方法

针对传统半导体激光器阈值提取方法容易受噪声影响、存在重复性不好的问题,根据小波变换奇异性检测原理,提出一种采用小波变换的阈值电流提取法,其采用三阶样条函数的二倍膨胀作为光滑函数,取它的二阶导数为小波函数,并结合多尺度来对半导体激光器光功率-电流（L-I）信号中的奇异点和不规则突变点进行检测分析。实验结果表明,与传统的二段直线拟合法、一次微分法和二次微分法相比,小波提取法不受噪声影响,能够真实、准确地得到半导体激光器的阈值电流。     

基于小波分析的脉冲激光回波信号分离方法北大核心CSCD

针对脉冲激光引信易受战场烟尘粒子后向散射回波干扰的问题,提出了一种基于小波分析的激光回波信号分离方法。通过Mie散射理论和蒙特卡洛方法,建立烟尘环境脉冲激光传输与接收理论模型,模拟含有噪声的激光回波信号。在回波信号分离过程中,首先通过基于阈值的小波去噪方法,去除激光回波信号噪声。再采用峰锐化算法提高回波信号的峰分辨率,解决波峰重叠度过高的问题。最后,对锐化后的回波信号进行连续小波变换,得到波峰峰位参数,并根据峰位值求解出最佳高斯拟合波形,得到峰强及峰宽信息。实验结果表明,利用连续小波变换求解出的回波峰位值偏差在7.9%之内,通过高斯函数拟合得到的峰宽值误差小于2.71%,峰强值误差小于1.82%。该方法通过对烟尘环境脉冲激光回波进行解析实现目标反射回波和烟尘后向散射回波的有效分离,可为实际战场环境脉冲激光引信抗烟尘干扰提供理论参考。     

结合小波变换与相位相关的图像匹配方法

图像匹配技术是图像测量系统中的关键技术,是目标定位中最基本的方法。相位相关作为一种图像匹配技术对噪声有较高的容忍程度,检测结果与照度无关,受几何失真影响小。但该方法对旋转变化非常敏感。为解决此问题,本文提出结合小波变换和相位相关的匹配算法,该算法首先对图像进行小波分解,并对结果中的近似信号进行空域旋转校正;然后利用相位相关方法进行图像匹配,从而达到快速精确的定位。该方法在掌纹图像匹配定位中的应用证明了它的有效性。     

基于WDR联合FFT方法的脉冲相干测速精度研究

为了提高远距离测速精度, 采用一种基于小波分解与重构(WDR)联合快速傅里叶变换(FFT)的信号处理方法(WDR & FFT), 进行了理论分析与实验验证, 取得了不同速度下的硬目标脉冲相干测速数据。结果表明, WDR & FFT方法可准确地分辨速率变化为0.02 m/s的目标。该研究为远距离低速目标的高分辨率测速提供了参考。