[发明专利]一种基于幅值离散度的二次谐波信号拟合方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于幅值离散度的二次谐波信号拟合方法及系统，所述方法包括如下步骤：利用气体浓度在线检测系统进行持续测量以获取各浓度下大量的原始二次谐波样本；计算数据库中不同浓度下原始二次谐波样本在固定采样点的数据离散度，即谐波幅值离散度，作为数据先验；综合各浓度谐波幅值离散度作为高价值区域与权重指引；对于针对待测浓度的气体进行检测得到的原始二次谐波，依据最小加权欧氏距离找到与原始二次谐波相似度最高的理论二次谐波模型，实现二次谐波曲线的拟合。本发明可以拟合得到精确的二次谐波信号。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种基于幅值离散度的二次谐波信号拟合方法及系统。

背景技术

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术因其具有高灵敏度、高选择性、非侵入式检测等优点被广泛运用到气体检测领域，可用于温度、浓度、压力、流速等流场参数的检测。而波长调制光谱技术(WMS)也已是目前在TDLAS中最常用的灵敏探测方法。在WMS中的众多谐波信号中，由于二次谐波信号在理论上具有相对较大的峰峰值而被广泛使用，但在实际工业应用中，二次谐波信号往往会受到各类噪声的影响，从而出现信号的偏移与畸变，进而降低了二次谐波峰峰值的精度，增大了整个检测系统的测量误差。

目前一些已有相关学者提出了诸多方法用于矫正二次谐波信号，比如利用一次谐波信号归一化处理二次谐波，从而去除二次谐波信号中的剩余调制幅度，但这一方法无法解决信号畸变的问题；再比如利用小波变化思想，从小波域中提取出信号的有效成分来还原一个全新的二次谐波，但如何精准的定位信号中的有效成分仍是一大难点。

因此，有必要设计一种方法，以解决二次谐波信号的偏移与畸变问题。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种基于幅值离散度的二次谐波信号拟合方法及装置，可以拟合得到精确的二次谐波信号。

本发明所提供的技术方案为：

一方面，提供一种基于幅值离散度的二次谐波信号拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：获取针对各种浓度的气体进行检测，得到的原始二次谐波样本；

S2：将针对同一浓度的气体进行检测得到的所有原始二次谐波样本，计算其在固定采样点的幅值离散度，形成一条该浓度下的谐波幅值离散度曲线；

S3：基于不同浓度下的谐波幅值离散度曲线，确定二次谐波中幅值离散度较小的区域，即高置信区域(即高价值区域，将这一区域作为最终谐波拟合的目标区域)；所选的高置信区域为一个对称、连续的区域；

S4：对于针对待测浓度的气体进行检测得到的原始二次谐波，利用理论二次谐波模型对其中的高置信区域进行拟合，即基于最小化欧氏距离求解最近似于该原始二次谐波中的高置信区域的理论二次谐波模型的最优参数，最优参数下的理论二次谐波模型即该原始二次谐波中的高置信区域的拟合结果。

进一步地，所述步骤S1中，原始二次谐波样本是在现场环境下利用气体浓度在线检测系统对多组内部浓度已知的密闭玻璃药瓶进行长时间测量得到的；所述步骤S4中，原始二次谐波是在同样的现场环境下利用气体浓度在线检测系统对待测的密闭玻璃药瓶进行测量得到的。

进一步地，步骤S2中，所述的幅值离散度计算公式为：

式中，表示二次谐波样本在采样点x_i处的幅值离散度，A(x_i,j)表示第j个二次谐波样本在采样点x_i处的幅值，m表示用于统计的二次谐波样本个数。

进一步地，步骤S3基于不同浓度下的谐波幅值离散度曲线，确定二次谐波中的高置信区域的方法为：