[发明专利]一种半导体激光器光谱自适应峰值搜索方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器光谱自适应峰值搜索方法。

背景技术

目前，光纤通信技术由于具有传输容量大、传输速率高、抗电磁干扰、保密性强等优点，已经在军事、工业、农业、医疗和科学研究等各个领域得到了飞速发展和广泛应用。法布里-珀罗型半导体激光器(FP-LD)和分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)因输出光相干性和方向性好、谱宽窄、体积小且简单易用，在高速、大容量光纤通信系统中是最常用的光源，其光谱通常用光谱分析仪测量得到，光谱带宽和纵模数等参数是FP-LD最重要的光谱参数，边模抑制比和边模偏置等参数反映着DFB-LD的性能，光谱峰值搜索是计算FP-LD和DFB-LD上述各种光谱参数的基础，实时准确的搜索出峰值对于光谱特性分析和开发高性能光谱分析仪器都具有十分重要的意义。

目前，常用的峰值搜索方法主要有：直接比较法、导数法、对称零面积法、遗传算法、小波变换等。直接比较法采用直接比较的方式找出比左右相邻点大的数据点作为峰值点，其原理简单，计算速度快，适合寻找平滑曲线的孤立强峰值，但在复杂的谱线分布中寻找弱峰时会产生大量虚假峰，抗噪性较差。导数法的基本思想是把谱线看为一条连续曲线，通过对谱线上各点求导数，依据导数的性质确定谱线峰值的位置，该方法对于光滑曲线具有较高的搜索准确性，计算速度基本可以满足实时的要求，但对于噪声较大的复杂谱线易产生虚假峰，因此需要首先对谱线进行平滑去噪，或者设置阈值参数过滤掉虚假峰。对称零面积法是把面积为零且对称的窗函数与待搜索光谱进行卷积变换，可以证明，面积为零的对称窗函数，对线性基底的卷积变换结果将为零，只有在存在峰的条件下不为零，且变换值最大处为峰值所在，该方法峰值搜索效果取决于窗函数选取是否合适，除此之外还需要设置窗宽、峰的最小半宽、搜索阈值等参数，计算较为复杂，运算速度也较慢。遗传算法能够进行全局最优搜索，其抗噪能力较强，但该方法需要设置种群规模、初始种群、迭代次数、交叉概率、变异概率等参数，且需要较长的训练时间来确定最优参数，不适合实时运算。小波变换法将信号分解成一系列小波函数的叠加，构建一个具有良好时域及频域局部化的时频信号，从而将时域寻峰转变为小波域对小波系数矩阵的寻峰，该方法搜索准确度较高，并且对噪声和背景具有较强的抑制能力，但该方法需要选择小波母函数、尺度参数、平移参数等，计算量较大，也不适合实时运算。

由此可见，现有方法对上述半导体激光器光谱进行峰值搜索时存在如下问题：(1)为得到较高的搜索准确度，大部分方法都需要针对不同类型、不同测量条件下得到的光谱波形设置不同的最优阈值或参数，人为干预较多，方法无法做到自适应，鲁棒性较差；(2)为过滤掉虚假峰，需要进行滤波去噪，平滑，背景基线漂移去除等预处理，不仅步骤繁琐，计算复杂，而且在预处理过程中又不可避免地引入新的阈值或参数；(3)方法本身计算时间开销比较大，再考虑数据预处理时间花费，无法满足实时性的计算要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种半导体激光器光谱自适应峰值搜索方法，其采用如下方案：

一种半导体激光器光谱自适应峰值搜索方法，包括如下步骤：

a局部最大矩阵的建立

设T代表待搜索半导体激光器的实测光谱数据序列，序列长度为n，T＝[t₁， t₂，...t_i，...t_n]；

使用窗口宽度N可变的移动窗，比较序列中某一个数据点在N范围内和前向边缘点及后向边缘点的大小；

比较的逻辑关系值作为波动因子，以波动因子作为数据元素建立局部最大矩阵M(m×n)；

其中，m＝[length(T)/2]-1＝[n/2]-1,符号“[]”代表向下取整，窗口宽度N＝2i(i＝1,2,...,m)；

对于每一维的i和j，其中，1≤i≤m，1≤j≤n，当i+1≤j≤n-i时，波动因子表示为：

当1≤j≤i和n-i+1≤j≤n时，波动因子表示为：

m_i,j＝rand+1(2)

其中，rand表示在[0,1]范围内的均匀分布随机数；局部最大矩阵M表示为：

b局部最大维度控制

统计局部最大矩阵每一行中元素为0的个数，记为向量S：

S＝[s₁,s₂…s_i,…s_m]；

其中，s_i代表第i行中元素为0的个数，