改进小波阈值去噪方法处理FBG传感信号

为了精确获得光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的波长漂移,通过分析传统阈值和阈值函数存在的不足,提出改进阈值选取策略,并构建一种新的阈值函数处理FBG信号;小波基和分解尺度的合理选取提升小波去噪性能,本文提出确定小波基和分解尺度的方法;仿真与实验结果表明,与传统软硬阈值方法相比,本文所提方法信噪比(SNR)提升2~4 dB;与本文文献所提方法相比,信噪比提高了1.5 dB。满足精确解调FBG中心波长的需要。     

利用改进阈值的平移不变量小波处理FBG传感信号

噪声是影响光纤布拉格光栅(FBG)传感系统精确解调中心波长的一种重要因素。小波变换因 具有良好的时频特性和多分辨率特性而去噪性能较好。本文通过分 析小波传统软、硬阈值去噪方法,发现它们存在影响系统的测量精度缺陷,并且其函数表达 式有难以确定的可调因子。提出一种不含调节因子的改进阈值函数并将这种改进阈值与平 移不变量(TI)小波 去噪法相结合处理FBG传感信号噪声,以提高传统小波去噪法的去噪效果。对FBG模 拟信号与实验信号去噪,结 果表明,采用基于改进阈值的TI小波能处理不同FBG含噪(从5dB到40dB)信号,且获得最 好的信噪比(SNR)和均方根误差(RMSE)性能。与传统 软阈值去噪法相比,信噪比平均提高3dB,与参考的改进阈值去噪法相比,信噪比平均提 升2dB,满足提高FBG传感系统测量精度的要求。     

用于光纤传感的可调半软阈值小波去噪算法

针对大容量超弱FBG传感网络解调系统的干涉噪声和固有电子学噪声,基于传统小波阈值算法去噪时软、硬阈值函数存在恒定偏差及连续性差的缺点,提出一种改进的小波阈值去噪算法。该算法引入了调解因子和半软阈值因子,完成向软、硬阈值函数的转变,保证了连续性且降低重构误差。仿真结果表明,该函数不仅在连续性上优于传统的阈值函数,重构时对信号的还原度较高,信噪比(SNR)相比于软、硬阈值函数均有所提高,平均提升了0.1034 dB、2.4327 dB,而均方根误差(RMSE)相比于软硬阈值函数均有所降低,平均降低了0.1665、0.1687。新阈值函数相比于传统阈值算法能够获得更优良的去噪效果,可为光纤布拉格光栅传感网络高精度寻峰解调去噪提供参考。     

改善FBG含噪信号的小波阈值自寻优方法

光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的关键是精确 解调中心波长,噪声是影响解调中心波长的主要因 素。为了消除噪声,获取真实的传感信号,本文研究了非线性去噪 法。非线性去 噪通常的方法采用小波阈值去噪。小波阈值去噪的核心是阈值函数及其阈值的选取。首先, 分析了传 统的阈值函数和阈值选取存在的问题,改进了自寻优阈值选取策略;其次,提出了折中法阈 值函数中系数 a(调节因子)的最优值选取方法。仿真和实验结果表明:随着a的取值不同,会 获得不同的信噪比(SNR),但a在 0.40～0.45范围内分别平均变化的去噪效果较好;与传 统软硬阈值去噪法相比,SNR提高了2～4dB,均方差(MSE)分别平均降低了0.2～0.5 ;与参考的改进阈值去噪法相比,SNR提升了1dB,MSE降低了0.1。本文方法优于文献中提到的阈值函数的去噪效果,处理含噪信号能获得较好 的SNR和MSE性能,而且方法简单。     

改进的小波变换用于处理FBG信号

解调系统是光纤布拉格光栅（FBG）传感技术的核心。信号去噪和峰值搜索是影响FBG 传感系统精确解调的两个重要因素。为提高测量精度,文中针对传统方法存在的缺陷,提出了一种新的FBG 波长解调方法,此解调方法由一种改进的去噪方法与高斯拟合寻峰算法组成。采用平移不变量小波与文中提出的改进阈值和改进阈值函数相结合的方法来处理FBG 含噪信号;然后采用高斯拟合寻峰算法对去噪信号作进一步解调。实验结果表明,改进阈值的平移不变量小波能处理不同的FBG 含噪信号,该方法获得的信噪比和均方差性能优于传统小波阈值去噪法以及其他改进的小波去噪法;该改进小波的波长解调方法测量的峰值误差低于1pm,比常用的波长解调方法具有更高的测量精度。     

基于VDM和小波阈值的语音降噪方法研究

针对带噪声的语音信号,提出了基于变分模态分解（VMD）和小波阈值相结合的去噪方法。首先,采用VMD对带噪声道信号进行分解,从而得到分解后的固有模态（IMFs）信号;然后,引入T检验对各IMFs分量进行低频和高频区分,对其中的高频分量用小波阈值进行噪声滤除;最后,对将低频IMFs分量和滤波后的高频IMFs分量进行重构,从而得到降噪后的具有较高信噪比的语音信号。通过实验验证,本方法与EMD和小波阈值联合算法相比,具有更好的去噪性能,具有一定的实用价值。     

基于EMD-PSO优化阈值的COD光谱去噪研究

在对水体COD进行光谱检测时，光谱数据中会掺杂大量噪声，影响后续对水体COD的定量分析。为了降低噪声的影响，提出了一种经验模态分解-粒子群(EMD-PSO)优化阈值去噪模型，首先对EMD分解得到的特征模函数进行噪声主导分量和信号主导分量的划分，通过PSO优化选取噪声主导分量部分的最佳阈值，对数据进行截取、重构，获得去噪光谱信号。以不同浓度梯度的COD标准溶液进行测试，实验结果表明：EMD-PSO优化阈值去噪模型相对于EMD软、硬阈值去噪，信噪比有所提高，均方误差由软、硬阈值的0.624 7和0.672 5降至0.026 19,样品浓度与吸光度线性相关系数更高，达到0.997 98。     

变分模态分解联合改进小波阈值函数的PPG降噪算法

针对PPG信号采集过程中存在大量混合噪声的问题,提出一种变分模态分解（VMD）改进小波阈值降噪的降噪算法。首先通过傅里叶变换得到脉搏波信号频域信息,确定分解个数和主频率;然后利用变分模态分解算法将含噪声的PPG信号分解为一系列固有模态分量,分解过后确定各分量的中心频率,并筛选有效固有模态分量;最后利用改进后的小波阈值函数对残余噪声进行降噪处理,避免了软阈值的恒定偏差,又保证了阈值函数的连续性,降噪后的信号与原始信号相关系数均值为0.934 7,比变分模态分解方法重构信号提升了7.1%。与其他降噪算法相比,信噪比分别提高了5.77 dB、5.38 dB、4.5 dB,均方根误差分别降低了26.1%、16.8%、7.4%。实验结果表明,通过理论计算、数值模拟和应用研究验证了所提方法的有效性和优越性,在滤波效果和信号保真度之间取得了很好的平衡。     

基于VMD的激光雷达回波信号去噪方法研究

为滤除激光雷达回波信号中的噪声,提高其信噪比,本文提出了一种基于变分模态分解(VMD)的回波信号去噪方法。该方法利用去趋势波动分析对信号进行变分模态分解,通过巴氏距离区分相关模态和非相关模态,采用移动平均法提取非相关模态中的有用信号,并将其与相关模态进行重构实现噪声的有效去除。实验结果表明,经该方法处理后的回波信号输出信噪比提高到了22.58 dB,均方根误差减小为0.78×10-11。该方法能有效滤除激光雷达回波信号中的噪声,保证信号的完整性,与小波变换、经验模态分解直接阈值、变分模态分解局部重构等方法相比,具有明显优势。     

小波去噪在超声多普勒信号处理中的应用

在超声多普勒流量计的研制过程中,由于多普勒信号属于微弱信号,超声波回波信号的去噪处理这一步是十分必要的。通常采用小波阈值去噪的方法对此信号进行预处理,本文所采用的方法是在小波阈值去噪方法的基础上,利用一种改进的阈值函数,此阈值函数克服了硬阈值函数不连续的不足,继承了软阈值函数的连续性特点,并且解决了软阈值函数中存在的小波系数与分解小波系数之间存在着恒定偏差的缺陷,与此同时,它具有软硬阈值函数不可比拟的灵活性。对实验所获得的超声波回波信号进行去噪,仿真结果表明,采用新的阈值函数去噪能有效抑制在信号奇异点附近产生的Pseudo-Gibbs现象,并且从信噪比增益和均方误差意义上分析看出改进型阈值函数对于超声回波信号的去噪效果均优于传统的软、硬阈值方法。     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

宽带FBG与自相关算法提高CCD解调精度的研究

为提高光纤光栅解调算法的精度,设计了3 dB带宽在1~3 nm之间的宽带布拉格光栅与自相关算法解调系统,使用线阵CCD检测光谱,进行波长寻峰分析与实验验证。线阵CCD离散像素点之间波长间距固定,宽带布拉格光栅可得到更多有效像素数据点;自相关算法只考虑传感测量时光谱的偏移程度,可抵消背景噪声,消除光栅刻写或封装过程中操作不当引起光谱异常的影响,从而提高光栅中心波长解调精度。温度测量结果表明,使用自相关算法解调啁啾光栅与宽带光栅,误差较高斯算法分别减少54.05%和40.87%,此算法可以使啁啾光栅达到正常光栅的解调精度。并且,使用宽带光栅的解调误差仅为啁啾光栅的50%。     

线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法

研究并实现了一种基于256像元线阵InGaAs扫描的光纤布拉格光栅传感解调系统。针对线阵InGaAs探测器,分析了光纤光栅反射谱中心波长定位原理,可实现多个FBG光谱的同时解调,单通道解调传感器数量取决于FBG的带宽和中心波长漂移范围。对256个像素点的光谱数据,通过设置的阈值判断反射谱的个数,分别对每一个谱峰进行拟合,基于高斯指数曲线模型实现了寻峰算法,获得了中心波长。搭建FBG解调系统采集光谱数据,寻峰算法的稳定性达到0.5 pm。该解调方法无机械移动部件,实现了多光纤光栅波长寻峰的并行快速响应,波长解调范围为1 525～1 570 nm,为多光纤光栅传感提供了高速解调方案。     

FBG光纤传感器的同步探测技术

光纤光栅传感解调系统的波长校准技术是人们关注的焦点,通常是将固定波长的FBG固定在恒温箱中,以此作为光纤光栅传感解调系统的参考元件．此方法占用了宽带光源的某个波长范围,从而制约了解调系统的波长扫描范围．构建的光纤光栅传感解调系统,将FP滤波器的驱动锯齿信号转变为方波信号,以此作为同步处理所需参考信号,省去了这个固定波长的FBG传感器,充分地利用了宽带光源的波长范围,并使得解调技术简单,同时提高了外接FBG传感器的数量．     

光纤Bragg光栅传感系统性能蜕化的研究

为了解决光纤Bragg光栅(FBG)传感器性能蜕化对复用解调结果的影响,从FBG传感器的基本原理及链路出发,分析了FBG自身的光谱蜕化以及光纤链路和光源蜕化对解调结果的影响,提出了利用自适应解调阈值的解决方法,通过模拟仿真以及实验研究证实了相关理论的正确性与方法的可行性,将FBG传感器系统的出错率由原来的10.31%降低为0.63%,极大地提高了应变测量结果的准确性。     

光纤光栅高速动态振动信号解调技术的研究

研究了一种基于放大自发辐射光源(ASE)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感解调系统.利用改进光源的基础上,在线性边带的上升沿2.5 nm范围内,线性拟合度达到了0.999 4,实现了波长线性解调,动态测量范围达到40～50 dB.实验表明,本文提出的解调系统结构简单、响应速度快、输出线性好,适合高速动态信号的检测.     

基于VMD与SSA的OTDR信号去噪算法

为对光时域反射计(Optical Time Domain Reflectometer, OTDR)数据进行去噪处理,提出了一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)与奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis, SSA)的去噪算法。首先,对OTDR数据进行VMD分解;然后根据相关系数准则判定有效分量,并采用SSA对与原信号相关系数较小的分量进行处理;再对所有分量求和,得到重构后的信号,从而实现数据信噪比的提高。经实验验证,该算法的去噪效果良好,容易实现,具有较大的实用价值。     

F-P标准具和参考光栅相结合的高稳定性FBG解调系统

为了提高光纤布喇格光栅（FBG）解调系统的稳定性和准确性,避免由于压电陶瓷的迟滞性、蠕变性以及温度变化引起的法布里-珀罗（F-P）滤波器驱动电压与透射波长不成线性的问题,采用了可调谐环形腔激光器作为扫描光源,与F-P标准具、温补参考光栅、传感光栅3个单独的通道结构相结合的FBG解调方法。通过理论分析和实验验证,选择中值滤波加滑动平均滤波的方法滤除噪声,采用基于强度阈值的频谱相关寻峰算法更加准确地找到反射谱峰值的位置。结果表明,每个通道单独分开的解调方案的波长长期稳定性可达0.4pm,温度与波长的线性度高于99.90%。该系统能够实现对温度、应变等参量的稳定性的测量。