[发明专利]基于自相关滤波技术的PSD输出有用信号提取方法

摘要

基于自相关滤波技术的PSD输出有用信号提取方法，涉及光电检测领域，解决现有采样保持法中高电平处的噪声与低电平处噪声相关度较低，降噪效果有限的问题，以及互相关法中很难保证参考信号与光脉冲信号同频的问题。本发明是把PSD输出信号做自相关运算，利用自相关的同频相关、不同频不相关性质，去除杂光等引起的噪声，保留PSD输出与参考信号同频的成分，通过带通滤波器滤出自相关运算结果的基波信号，对基波信号做幅值提取，把提取的幅值作为PSD输出有用信号的度量值。该方法实现杂光产生的噪声的去处，以及PSD输出有用信号的提取，提高了信号提取的精度。

主权项

1.一种基于自相关滤波技术的PSD输出有用信号提取方法，其特征包括如下步骤：/n1)自相关运算，用于去除PSD输出信号中由杂光信号交流成分产生的噪声；/n设入射到PSD上的光脉冲信号为：/n /n式(1)中：A为光脉冲信号x(t)幅值，t为时间，W为光脉冲信号脉宽，ω₀为光脉冲信号调制角频率；/n设入射到PSD上的杂光信号n(t)表示为：/nn(t)＝n_D+n_A(t) (2)/n式(2)中：n_D表示杂光信号的直流成分，n_A(t)表示杂光信号的交流成分；/nx(t)和n(t)入射到PSD光敏面，PSD产生的输出信号为：/ny(t)＝x′(t)+n′(t) (3)/n式(3)中：x′(t)为x(t)引起的有用信号，n′(t)为n(t)引起的噪声；/nx′(t)表示为：/n /n式(4)中：K为PSD的响应灵敏度；/nn′(t)表示为：/nn′(t)＝n′_D+n′_A(t) (5)/n式(5)中：n′_A(t)表示杂光信号引起的PSD输出噪声的交流成分，n′_D表示杂光信号引起的PSD输出噪声的直流成分；/ny(t)自相关运算为：/n /n式(6)中：τ为信号的时延；/n由于n′_A(t)为PSD输出噪声的交流成分，具有随机性质，由相关运算性质可知：/n /n式(7)代入式(6)得：/n /n式(8)中：B＝KA为有用信号x′(t)的幅值。/n由式(8)知，即使脉冲信号x(t)的角频率ω₀不稳定发生变化，自相关运算也可有效去除PSD输出噪声的交流成分，同时保留有用信号；/n2)带通滤波，用于滤除PSD输出噪声的直流成分和多次谐波，滤出自相关结果的基波成分；/nx′(t)的傅里叶级数展开式为：/n /n把式(9)代入式(8)得：/n /n式(10)的傅里叶变换为：/n /n式(11)中：δ(ω)、δ(ω+nω₀)和δ(ω-nω₀)表示单位脉冲函数；/n采用的带通滤波器的传递函数为：/n /n式(12)中：Δω₀＜ω₀；/n对R_y(τ)进行带通滤波，即式(11)与式(12)相乘：/n /n式(13)进行傅里叶逆变换得：/n /n由式(14)知，带通滤波后的信号z(τ)不含有杂光引起的噪声和多次谐波，只含有基波，保留了入射光脉冲信息；/n3)幅值特征提取，用于提取有用信号的幅值；/n提取式(14)的幅值为：/n /n由式(15)知：幅值A_z仅由光脉冲信号幅值A、脉宽W和角频率ω₀决定；把幅值A_z作为PSD输出有用信号的度量值。/n