FBG反射谱数据滑动相关滤波算法设计与实现

针对光纤光栅解调系统中现有滤波算法计算速度与滤波效果难以兼顾的问题,提出了一种基于滑动相关滤波的光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）反射谱滤波方法并在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）上实现算法加速设计。该算法根据 FBG 半峰全宽确定高斯函数二阶导数的标准差,用函数的负数作为滤波模板权重,通过滑动数据窗口进行反射谱数据与滤波模板的相关计算,从而实现滤波操作。使用该算法处理含高斯噪声、坏点和基线的仿真数据,验证了该方法对多种异常反射谱数据处理的有效性,并与其他下位机滤波算法进行对比分析,该算法能较好地保留原始数据特征,有较好的鲁棒性,信噪比最高提升 28.23 dB,中心波长平均偏差和偏差标准差最小,分别为 1.712 pm 和 2.996 pm。
同时在 FPGA 片上平台实现了该算法,采用循环队列策略设计存储器,提高了存储器使用率,降低了资源消耗。实验表明,该算法可以有效校正多种异常 FBG 反射谱,在 100 MHz 系统时钟下处理一个反射谱数据所需时间仅 5.09 μs,易于实现工程化应用,克服了下位机现有滤波算法对 FBG 反射谱中坏点、基线抑制作用较差和滤波后信号变形的问题,实现了 FBG 反射谱滑动相关滤波算法的加速设计。