[发明专利]一种重叠FBG传感信号峰值定位方法

说明书

本发明涉及一种重叠FBG传感信号峰值定位方法，属于光电检测的光纤传感信号处理研究领域。该方法采用连续小波变换对FBG反射信号进行处理，消除信号噪声对峰值定位精度的影响；利用小波脊线寻峰算法，以不同尺度下极值的连续性，获得波峰重叠FBG信号的峰值初定位点；通过矩阵奇异值分解对小波脊线寻峰算法进行改进，提取可表征FBG反射信号局部特征信息的小波脊线，剔除影响峰值定位的伪极大值；结合峰值的能量以及信噪比，以获得最终重叠峰的精确峰值点。本方法可以有效解决FBG反射信号的波峰重叠问题。

技术领域

本发明涉及一种光纤传感信号处理方法，尤其是涉及一种重叠FBG传感信号峰值定位方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感器凭借其在严酷环境下优越的可靠性、较高的精度与灵敏度以及对电磁干扰免疫等优点，普遍应用于电力、建筑、化工等领域。其解调原理为通过检测因外界环境变化而引起的的Bragg中心波长偏移来实现对待测环境参量的测量。在实际工程应用中，FBG传感器的检测精度除了传感器件本身特性之外，主要是由传感系统解调能力决定的。对于FBG传感解调系统，其分辨能力是判断系统好坏的标准，而高精度的峰值定位算法是保证系统能否达到这一标准的关键。因此，需要寻找一种高精度的峰值定位算法使得系统达到较高的峰值识别能力。

常用的峰值定位算法有直接比较法、多项式拟合法、高斯曲线拟合法，其中直接比较法对背景信息敏感，计算复杂度低，抗噪性能差，只适合寻找孤立峰值，不适用于复杂的信号寻峰；多项式拟合法需要对采集数据进行多项式变换，对信号波形要求严格，随着信号波形逐渐偏离标准二次型的形状，其峰值定位误差越大，寻峰自适应能力较差；高斯曲线拟合法虽然具有高精度的寻峰效果，但不适用于整个信号的自动寻峰。

近年来，基于连续小波变换的峰值定位算法已经逐渐成为峰值识别领域所重视的研究热点，该方法不仅能降低噪声对信号峰值定位的干扰，而且具有较高的峰值检测精度。连续小波变换已开始适用于质谱数据的峰值识别，其中脊线寻峰算法也已在多种研究领域得到应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种重叠FBG传感信号峰值定位方法，该方法可以用于对波峰部分重叠的FBG传感信号的自适应、高精度峰值定位。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种重叠FBG传感信号峰值定位方法，包括以下步骤：

S1，采用连续小波变换对FBG传感信号进行处理，得到小波变换系数矩阵WT_f(a,τ)；

S2，采用矩阵奇异值分解法，选取数值较大的前几个奇异值，对WT_f(a,τ)重构，得到重构后的小波变换系数矩阵WT'_f(a,τ)；

S3，采用小波脊线寻峰算法，得到对应于矩阵WT'_f(a,τ)的脊线；

S4，利用精确的脊线位置提取信号特征，获取最终波峰个数和波峰位置。

所述的步骤S1中，采用墨西哥帽函数作为小波母函数。

所述的步骤S2具体包括以下步骤：

S21，对WT_f(a,τ)进行矩阵奇异值分解；

S22，将奇异值按从大到小排序，取前三个奇异值，对WT_f(a,τ)进行重构，得到重构后的小波变换系数矩阵WT'_f(a,τ)；

所述的步骤S3具体包括以下步骤：

S31，根据五点取极值法获得WT'_f(a,τ)各行的极大值；