[发明专利]高精度自适应滤波FBG光谱快速寻峰方法

摘要

本发明公开了一种高精度自适应滤波FBG光谱快速寻峰方法，该方法根据室内环境下获得的FBG光谱的中心波长λ0，对FBG光谱数据进行裁剪得到FBG光谱数据子集，对FBG光谱数据子集进行能量最大值检测PMax，以λMax为中心向左右各偏移2.5nm，选取构建参与寻峰的光谱能量数组P[i]；将光谱能量数组P[i]进行自适应零相位滤波，计算出最优截止频率，进行低通滤波，获得滤波后数组P′[i]，采用高斯拟合算法对滤波后光谱能量数组P′[i]进行精确寻峰，获得FBG光谱精确峰值点。本方法具有算法简单快速，参与寻峰数据量少，不受光谱局部噪声与信号畸变影响，寻峰稳定性好，精度高的特点，解决了极端环境下FBG光谱能量衰减剧烈导致信噪比低无法寻峰的问题，对于提高光纤光栅传感器在常规使用环境及极端环境下测量精度具有积极的现实意义。

主权项

高精度自适应滤波FBG光谱快速寻峰方法，包括如下步骤：1)获得室内常压常温环境下的FBG光谱的中心波长λ0；2)试验开始后，获得第1采样周期FBG光谱能量数据，以λ0为中心，向左右各偏移设定的波长间隔Δλ0，对第1采样周期FBG光谱能量数据进行裁剪，选取波长范围为[λ0‑Δλ0，λ0+Δλ0]的FBG光谱能量数据子集Po[i]，所述i＝0,1,...,N‑1，其中Δλ为波长采样间隔；3)对FBG光谱能量数据子集Po[i]进行能量最大值检测PoMax，并获得PoMax所对应的波长索引值λMax，以λMax为中心向左右各偏移设定的波长间隔Δλ′，选取波长范围为[λ0‑Δλ′，λ0+Δλ′]的FBG光谱能量数据，构建参与寻峰的光谱能量数组P[i]，所述i＝0,1,...,N‑1，其中Δλ为波长采样间隔；4)将光谱能量数组P[i]进行频谱分析，获得初始经验截止频率f0；5)将光谱能量数组P[i]通过截止频率为f0的巴特沃斯型低通滤波器进行低通滤波，获得滤波后数组P′[i]，将P′[i]进行逆序排列，获得逆序数组P″[j]即P″[0]＝P′[N‑1],P″[1]＝P′[N‑2],…,P″[N‑2]＝P′[1],P″[N‑1]＝P′[0]，将P″[j]通过截止频率为f0的巴特沃斯型低通滤波器再次进行低通滤波，获得滤波后数组P″′[j]，将P″′[j]进行逆序排列，获得滤波后光谱能量数组P″′[k]；6)采用高斯拟合算法对滤波后光谱能量数组P″′[k]进行高斯拟合：P=a×exp[-(λ-cb)2]]]>得到a，b，c值，选取c值作为峰值点PMax所对应的波长索引值λMax，得到精确峰值点PMax＝a，完成精确寻峰；7)获取下一个采样周期FBG光谱能量数据，根据步骤2)、3)、5)、6)，选取初始经验截止频率f0，获得FBG光谱精确峰值点，连续进行N个采样周期的FBG光谱寻峰处理，得到N个峰值点数组Peak[i]，所述i＝0,1,...,N‑1，对峰值点数组Peak[i]进行均方差计算：S=Σi=0N-1(Peaki-Peak‾)N]]>得到峰值点数组Peak[i]均方差S0；8)以初始经验截止频率f0为中心，设定最小截止频率fMin，最大截止频率fMax，合适的频率间隔Δf，从fMin～fMax频率范围内，频率间隔Δf，按顺序选取截止频率f[k]＝fMin+KΔf,其中，对步骤7)中所提及的连续N个采样周期的FBG光谱能量数据，按照步骤2)、3)、5)、6)进行寻峰处理，并按照步骤7)中提到的均方差计算方法，计算出每个截止频率下，N个采样周期的FBG光谱能量数据的峰值点数组Peak[i]的均方差数组，S[j],j＝1,2,...,K‑1，与步骤7)中计算的S0合并，得到每个截止频率下，N个采样周期的FBG光谱能量数据的峰值点数组Peak[i]的均方差数组S[j],j＝0,2,...,K‑1；对均方差数组S[j],j＝0,2,...,K‑1进行最小值检测SMin，并获得SMin所对应的频率索引值fMin，并将其作为最终选取截止频率；9)获取第N+1个采样周期FBG光谱能量数据，选取截止频率fMin，根据步骤5)、6)，获得FBG光谱精确峰值点，依次类推，获取第N+2个采样周期FBG光谱能量数据，选取截止频率fMin，根据步骤5)、6)，获得FBG光谱精确峰值点，直至试验结束。