铷原子气体自旋噪声谱的测量与改进

利用自主设计并制作的基于现场可编程门阵列的实时傅里叶变换采集卡(FFTsDAC),采用线偏振光检测碱金属铷原子气样品中的自旋随机涨落(即自旋噪声谱).详细讨论了背景噪声以及自旋噪声随探测光光强的变化关系,证实了自旋噪声来自于系统中自旋的随机涨落.对比了两种FFTsDAC(8 bit采样的FFTsDACl和12 bit采样的FFTsDAC2)的测量性能,分析了影响实验信噪比的因素.FFTsDAC2具有更高的测量效率和采样深度以及更长的单次采样时间,因而具有更高的信噪比和更好的频率分辨率,与数值模拟的结果一致.     

影响宽带幅度调制信号检测的因素分析

通过推导宽带解调处理的输出信噪比公式,系统地分析了影响幅度调制的宽带信号检测的各种因素。分析表明,宽带调制信号检测性能取决于以下因素:信号的周期调制的深度、前置处理器带通滤波器的带宽、调制噪声在总的噪声中的比重、采样速率,以及计算解调谱时的傅里叶变换的长度、降样倍数、时间窗、数据块重叠程度以及平均次数。     

基于复合光栅投影的快速傅里叶变换轮廓术

在实际傅里叶变换轮廓术测量中,获取条纹图的零频分量对傅里叶变换轮廓术的测量精度和测量范围有很大影响,甚至妨碍三维面形的正确重建。π相移技术常被用来消除零频分量对傅里叶变换轮廓术测量的影响,但它需要采集两帧具有π相位差的条纹图。这影响了傅里叶变换轮廓术测量方法的实时性。提出采用复合光栅投影来实现从一帧条纹图中消除零频对傅里叶变换轮廓术测量的影响,该复合光栅是由两个不同频率的载频分别调制与其方向垂直的两帧具有π相位差的条纹并叠加形成的。实验表明,同传统的π相移方法相比,提出的新方法没有明显降低π相移傅里叶变换轮廓术的的测量精度,因此能真正实现实时高速测量。     

基于改进短时傅里叶变换的磁共振随机噪声消减方法

磁共振测深法(magnetic resonance sounding, MRS)具有无需钻探即可直接探测地下水含量的优势,但是极低的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)限制了该方法的大范围应用,目前的研究工作主要集中在消除MRS信号中的尖峰噪声和工频谐波噪声上,而随机噪声由于其无规律性导致难以消除,但是它的影响不容忽视.目前MRS随机噪声的消减常采用叠加法,需要重复采集数据叠加平均来达到消噪目的,探测时间长且消噪效果有限.针对这一问题,本文提出了一种改进的短时傅里叶变换方法,该方法通过处理单次采集的MRS包络信号来降低数据量,提高数据处理效率.改进的短时傅里叶变换方法采用解析信号代替常规短时傅里叶变换中的实值信号,提高MRS信号时频域瞬时幅度的准确度,得到MRS信号的高精度时频分布,然后提取时频域峰值幅度和峰值相位重构信号来消除随机噪声.仿真实验和实测数据处理结果表明,该方法能够直接处理单次采集数据,在信噪比高于–17.21 dB的情况下可有效提取MRS信号,实现随机噪声的压制,且与传统叠加法相比,信噪比最多可提高27.88 dB,均方根误差最多缩小36.44倍,参数估计值更加准确.本文的研究结果为利用MRS获取准确的地下水分布情况奠定了良好的基础.     

基于联合变换相关器的像移测量仿真分析

对基于联合变换相关器的像移测量数学原理进行了说明,介绍了面阵CCD的安装位置以及输入图像的获取方法,分析了低信噪比输入图像、相对转动位移对测量精度的影响。应用MATLAB对输入图像进行傅里叶变换得到联合功率谱,对二值化处理的功率谱进行傅里叶变换得到相关输出,用质量中心算法计算出像移量。分析得出,输入图像信噪比大于5dB,测量均方误差小于0.05像素;输入图像相对转动位移在0.1°的范围内,转动位移对测量精度和峰噪比的影响可以忽略不计。综合分析表明像移测量均方误差小于0.05像素。     

利用分数傅里叶变换相关实现散斑相关测量

提出了一种在匹配滤波相关中利用分数傅里叶变换代替傅里叶变换实现散斑相关测量的方法.利用分数傅里叶变换的指数性质,采用把移变后的散斑图像先进行相位调制,再进行分数傅里叶变换的方法,有效地解决了分数傅里叶变换的移变性带来的谱移问题.编程模拟和拉伸试件位移场测量的结果表明,只要选择合适的分数傅里叶变换级次和相位调制函数,可以得到优于傅里叶变换相关的理想输出.     

组合傅里叶变换与曲波变换的图像复原

针对图像复原的病态反问题进行研究,分析了图像复原的数学模型及其病态性,提出了组合傅里叶变换与曲波变换的图像复原(ForCurIR)算法.算法利用傅里叶变换对色噪声和曲波变换对分片光滑图像的稀疏表示特性,将图像复原问题转换成傅里叶变换域约束去卷积和曲波变换域约束去噪问题,最后通过组合傅里叶变换域和曲波变换域收缩法实现去卷积和抑制噪声.实验结果表明:ForCurIR算法很好地再现了图像的边缘等细节信息,复原出的图像在信噪比和视觉质量两方面部有显著的提高.     

基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法

太赫兹雷达系统在差频信号频谱分析过程中,干扰噪声影响其测距能力.针对上述问题,提出基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法,通过对含噪差频信号进行二次采样,利用自适应随机共振系统提取信号,进行尺度恢复完成测距计算.实验数据显示,不同测量距离时,相较于快速傅里叶变换法,输出信噪比的平均增益为9.684 d B,其中测量距离为1000 mm处,差频信号初始频谱值提高了64.1倍,系统信噪比增益为11.761 d B;相较于滤波法,在测量距离为1000 mm处信噪比增益最大,提高了70.56%;输入噪声强度为1—5 V之间时,输出信噪比曲线的曲率相对于滤波法降低了86.5%,其中噪声强度为5 V时信噪比增益最大,为14.018 d B.实验表明太赫兹雷达系统的测距能力大幅提高.     

差动激光多普勒测速仪在固体速度测量中的应用

采用差动型后向散射的方式进行实验,利用数据采集卡PCI DAS-4020采集信号,并在Labview软件中对信号进行滤波处理,以提高信噪比,运用傅里叶变换(FFT)处理数据,计算出运动目标的速度并与实际速度进行了比较。结果表明该系统用于固体表面速度的测量切实可行,精度可达到2.2%。     

强度调制-傅里叶变换光谱偏振技术研究与仿真

强度调制-傅里叶变换光谱偏振技术是一种综合强度调制光谱偏振技术和傅里叶变换光谱技术的新型光谱偏振测量技术,能够同时实现全斯托克斯光谱偏振参数测量,保留了傅里叶变换光谱技术高通量、多通道的特点,同时具有降低数据处理复杂程度的优点.文章对强度调制-傅里叶变换光谱偏振测量技术的数据采集和光谱偏振复原过程进行了理论分析,给出了...     

基于傅里叶变换的激光数字散斑测量平板玻璃的楔角

采用基于傅里叶变换的激光数字散斑测量了平板玻璃的微小楔角.通过在光路中借助毛玻璃的散射特性,采用高分辨率CCD直接记录激光散斑图像,对散斑图像进行快速傅里叶变换获得散斑结构的高信噪比的杨氏双缝干涉条纹,分析干涉条纹获得光强分布曲线,采用移动平均法消除光强曲线噪声后计算出干涉条纹间距,从而计算出平板玻璃的微小楔角.     

光纤傅里叶变换光谱仪光谱复原技术研究

光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)干涉图的采样方式一般有两种,即单边采样方式和双边采样方式.详细介绍了在两种不同采样方式下的光谱复原技术,给出了数学表达式和计算过程,比较了两种算法的优缺点,并对单边复原算法进行了改进,提高了使用乘积法进行相位校正的效率.对研究结果进行了实验验证,用两种算法计算得到的复原谱与标准谱线进行比较,二者基本重合,证明了算法的有效性.     

多普勒差分干涉光谱仪大气风速反演过程中窗函数优化

多普勒差分干涉光谱仪是傅里叶变换型光谱仪,在大气风速反演过程中,偶延拓的反演光谱无法直接解出目标谱线的相位,而且在实际测量中反演光谱中含有的杂散光谱线、噪声等,使得复干涉图相位发生变化,最终导致反演风速值的偏差。所以,在对实际噪声环境下测得数据的处理过程中,获取反演光谱相位信息时需要对目标谱线进行提取。针对不同信噪比的干涉图,利用蒙特卡罗方法对不同线宽的不同窗函数的优化反演结果进行分析。结果表明:对于信噪比高于26.5dB的干涉图,线宽为4~5倍光谱分辨率的高斯窗函数是最优的窗函数优化方式;对于信噪比低于26.5dB的干涉图,线宽为7~12倍光谱分辨率的矩形窗函数的反演风速值更精确,是最优的窗函数优化方式,可以复原相位信息,反演出大气风速的近似值。     

基于S变换滤波解相法的条纹解相研究

S变换可以看作是介于小波变换与窗口傅里叶变换之间的变换,具有很强的时频分析能力,它将一维信号变换为时间(空间)和频率的函数,称为瞬时S变换谱,在沿窗口移动方向上,S变换谱的叠加可得到全局信号的傅里叶频谱。在S变换用于条纹解调时,局部基频的正确提取是确保获得全局信号基频分量的关键。为此研究了不同的滤波过程对S变换解调条纹相位的影响,利用不同的滤波器,在对局部S频谱进行加权滤波后,叠加局部基频,得到全局基频分布,然后再利用逆傅里叶变换获得条纹的相位分布,从而重建被测物体的面形。讨论了阈值滤波、平顶高斯和平顶汉宁滤波、"脊"线拟合后的平顶高斯和平顶汉宁滤波在S变换轮廓术中的应用,通过计算机模拟和实验,初步对比了滤波效果。     

激光器件 液体激光器

TN248.35 2006042988振幅和相位涨落对锁模脉冲列特性的影响=Influence ofamplitude and phase fluctuations on the characteristics of amode-locked laser pulse train[刊,中]/顾春(中国科学技术大学物理系.安徽,合肥(230026)) ,隋展…∥强激光与粒子束.—2006 ,18(3) .—423-426用傅里叶变换的方法分析了锁模激光器中模式间的相位和振幅涨落对锁模脉冲列特性的影响。将锁模激光器中各模式的相位和振幅涨落作傅里叶展开,再通过增益谱抽样的傅里叶变化得到其时域行为。分析结果表明振幅系统涨落及随机涨落均不引起脉宽的明显变化,只引起…     

利用LabVIEW改进弦振动实验仪

对传统弦振动实验进行改进,利用LabVIEW的图形化程序设计及数据采集卡的LabVIEW函数调用,编写LabVIEW程序控制采集弦振动信号的数据采集卡,实现弦振动信号的计算机显示,并通过编写LabVIEW程序进行傅里叶变换频谱分析.     

多参数可调高速自旋噪声谱仪

基于现场可编程门阵列技术(Field-Programmable Gate Array,FPGA),我们开发了采样速率、数据处理长度等多参数可调的快速傅立叶变换功能模块,用于灵活匹配实验测量中所要求的带宽和谱分辨率等参数要求。通过磁光法拉第自旋噪声谱在半导体的对比测量,我们验证了FPGA技术的数据处理速率是商业谱分析仪的600倍左右。     

高分辨傅里叶变换激光腔内吸收光谱方法：原理和应用

介绍了使用连续扫描方式工作的傅里叶变换光谱仪来探测激光腔内吸收光谱的原理,并探讨了傅里叶变换激光腔内吸收光谱方法测量光谱谱线和强度的工作方式.通过对大气中水汽在12450—12700cm^-1波段的高分辨吸收光谱的实际测量,检验了该方法的可靠性,并使用该方法测量了重水分子(D₂O和HDO)ν_OD=5伸缩泛频态光谱. 关键词： 激光光谱 高分辨振转光谱     

多速率STFT超宽带信号瞬时频率估计研究

提出多速率短时傅里叶变换(Multi Rate Short Time Fourier Transform,MR-STFT)瞬时频率估计算法,提高了超宽带信号瞬时频率估计精度。该方法将多速率信号处理算法与短时傅里叶变换(STFT)技术相结合,兼顾采样频率和被测频率,将宽频范围进行分段采样,对分段处理结果进行拟合,构成多速率STFT算法,实现超宽带信号瞬时频率的高精度测量。论文通过对仿真信号和实测信号进行处理,研究了方法的可行性和频率估计精度,结果表明MR-STFT算法较大提高了超宽带信号瞬时频率估计精度,尤其对低信噪比的超宽带信号效果显著。     

大孔径静态干涉成像光谱仪光谱信噪比研究

大孔径静态干涉成像光谱仪获取图谱数据立方体的过程包含干涉仪调制、探测器矩形函数卷积采样和光谱反演,其光谱信噪比评估模型复杂。从光谱能量调制、采样、反演的完整传输过程入手,根据探测器矩形卷积采样原理,采用离散傅里叶变换取实部的光谱反演方法,进行信号与噪声的理论推导,建立了大孔径静态干涉成像光谱仪光谱信噪比评估模型。考虑了与波数相关的光学系统透过率、干涉仪分束面效率、探测器量子效率等仪器设计参数和主要电路噪声参数,进行了光谱信噪比仿真计算。利用LASIS仪器进行了光谱信噪比实验测试,测试结果与模型仿真计算结果平均偏差为3.58%,单谱段信噪比趋势基本吻合,验证了评估模型的正确性。评估模型中包含了典型LASIS成像光谱仪由输入光谱辐射到输出光谱数据的各项主要技术环节,在信噪比计算公式中带入干涉仪分束面干涉效率、探测器矩形采样方式等因素对仪器光谱信噪比的影响算子,并利用实际仪器进行了实验验证,对提高LASIS成像光谱仪工程设计水平具有指导意义。