[发明专利]一种基于小波变换的相位细分方法

说明书

本发明公开了一种基于小波变换的相位细分方法，包括将运动光栅和固定光栅形成的光学干涉信号转换成电信号，并对所述电信号进行采样，得到采样数据；将所述采样数据进行小波变换得到各采样点的瞬时频率，对各段采样点进行拟合并得到第一频率曲线；确定第一频率曲线中相邻两端点之间的中间频率，并将各两端点之间的中间频率点进行拟合得到优化频率曲线，两端点之间的采样点按照拟合的频率曲线分布；对优化频率曲线进行误差检测，得到采样点的优化频率；计算从时间t处开始经过时间Δt后，所在时间点的瞬时频率f(t+Δt)，设经过时间间隔Δt后得到的相位是2π/n，计算时间间隔Δt的同时进行计数N；根据运动关系计算出所述运动光栅运动的距离。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基于小波变换的相位细分方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，各行业对高精度测量技术的要求越来越高，特别是涉及到纳米技术、MEMS(微机电系统)技术和航空航天技术的行业，对高精度测量技术的要求就更高了。

由于对信号精度的要求更高了，在没有办法提高测量仪器的精度的情况下，就需要对测得的信号进行更进一步的处理进行细分。一般的细分方法由于细分倍数限制，误差过大和结构复杂等原因已经无法满足更高的要求。而现在使用的电子细分的方法大致分为两种，一种是基于信号的幅值进行细分，另一种就是基于信号的相位进行细分。基于信号的幅值进行细分就是对信号直接处理，由幅值信息来代表运动，不过对于噪声干扰的抵抗能力比较弱，容易受到噪声干扰的影响，基于信号的相位进行细分对于噪声干扰的抵抗能力较强，对信号的质量要求与其他方法相比要低，细分的精确度也就有所提高。

现有的技术是通过小波变换得到信号在各采样点的相位或者频率信息，然后求得相邻采样点的相位差，各相邻采样点的相位差的和就是这段时间的相位变化，进而可以得到信号相位变化所代表的运动变化。而各相邻采样点的相位的差值就是细分的相位，不过由于采样时间是确定的，频率是在不断变化的，所以各相邻采样点的相位的差值也是在变化的，也就是细分的倍数在不断变化。细分倍数出现了变动，对信号的细分的精度也出现变化，细分效果也会出现好坏随着各点的频率变化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于小波变换的相位细分方法，基于光刻机高精度定位相关课题而来的，需要测量的信号是由激光照射到两个光栅上形成衍射光，一个光栅为运动光栅安装在运动台上，另一个光栅固定在固定台上，两束衍射光经过调整在探测器上形成干涉信号，根据多普勒效应通过计算干涉条纹的移动来得到运动台的运动距离。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种基于小波变换的相位细分方法，包括：

将运动光栅和固定光栅形成的光学干涉信号转换成电信号，并对所述电信号进行采样，得到采样数据；

将所述采样数据进行小波变换得到各采样点的瞬时频率，对各段采样点进行拟合并得到第一频率曲线；

确定第一频率曲线中相邻两端点之间的中间频率，并将各两端点之间的中间频率点进行拟合得到优化频率曲线，两端点之间的采样点按照拟合的频率曲线分布；

对优化频率曲线进行误差检测，并进行误差补偿，得到采样点的优化频率；

计算从时间t处开始经过时间Δ_t后，所在时间点的瞬时频率f(t+Δ_t)，设经过时间间隔Δ_t后得到的相位是2π/n，计算时间间隔Δ_t的同时进行计数N，每计算一次Δ_t表示信号的相位经过了2π/n，计算所述时间间隔Δ_t时，设定所述时间间隔Δ_t内的信号频率不变，得到相位变化2π/n的时间T＝1/(n*f(i))，其中n是细分的倍数，f(i)是当前频率，得到经过时间T的频率f(j)，进而得到频率的变化函数，根据频率变化函数求得相位变化2π/n的时间Δ_t；