FTIR单边干涉图相位校正技术的研究与改进

基于傅里叶变换红外光谱仪干涉图的单边过零采样和非对称性,对相位校正技术进行研究和改进。针对Mertz乘积法对切趾函数的匹配性要求高,干涉图非对称切趾旁瓣抑制效果差、光谱分辨率低的缺点,综合Mertz法和Forman法的特点提出一种改进的相位校正方法。采用对称化方法将单边干涉图变换为双边干涉图、对称切趾、傅里叶变换重建功率谱,并采用对称化的双边干涉图傅里叶变换求取高分辨率的相位谱,提高相位校正的精度。通过仿真分析了非对称窗函数较对称窗函数有比较宽的主瓣宽度、高的旁瓣幅值,分辨率降低;实验验证该改进的相位校正方法功率谱误差小、计算量少,且光谱分辨率比较高,达到2cm-1。     

单边带付里叶变换频谱的相位修正

本文在简要阐述弗门(Forman)卷积处理和墨芝(Mertz)乘法处理两种相位修正方法之后,着重介绍单边带付里叶变换频谱的相位修正的一种新方法;给出了详细的理论推导;列出了它对理论上模拟的干涉图函数和实际干涉图的应用结果,并将此结果与弗门的卷积处理后的变换结果以及双边带变换结果进行了比较,效果良好,而且计算速度快于弗门的卷积方法;说明了这种新方法不仅理论上是成功的,而且在实际中也是可行的。     

单边干涉图的数据处理方法研究

干涉成像光谱仪干涉图的采样方式一般有两种,即单边采样和双边采样,单边采样干涉图往往保留零光程差附近的部分“短双边”采样数据以利于数据处理.本文对空间调制干涉成像光谱仪不同干涉图采样方式下的光谱复原方法进行了研究,讨论了空间调制干涉成像光谱仪单边干涉图的切趾与相位修正,提出了更为合理和准确的方法.研究发现,合理设置短双边数据在减小仪器的原始数据量的同时,能够保证复原光谱的准确度.     

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.     

光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的对称化处理

偏离中心条纹的抽样以及光纤干涉仪的缺陷引起光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)输出的干涉图不对称,导致由傅里叶余弦变换计算得到的光谱带有相位误差,影响光谱的线型。文章首次将卷积方法应用到光纤傅里叶变换光谱仪中干涉图的对称化处理,利用干涉图的中心部分计算出相位误差,通过傅里叶变换得到了对称化处理函数,用卷积运算在时域完成了光谱的相位误差校正。实验研究表明,在FFTS中该方法能在时域有效地实现干涉图对称化,校正了光谱的相位误差。该方法不仅克服了双边干涉图的缺点,而且校正的结果有较高的准确度。     

弹光调制傅里叶变换光谱相位校正及DSP实现

弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)具有调制速度快、信息量大的特点,但采样位置偏差会导致干涉图存在相位误差,影响复原光谱的准确性。因此,必需采用一种运算速度高的相位校正方案。以300 K黑体为辐射源,通过弹光调制干涉具产生干涉数据,并在TMS320C6713DSP芯片上,采用Mertz法对弹光调制干涉图进行相位校正。首先提取出一幅完整周期的双边干涉图,经过切趾处理后,以零光程差点为中心计算小双边干涉图的相位误差,再通过插值补零得到整幅干涉图的相位误差,求出整体干涉图的频谱并进行相位修正。采用二范数定义校正后反演光谱的精度,以计算定时器周期寄存器值的方法设置DSP定时器,以统计代码的运行时间,并通过观察链接命令文件.cmd中程序与数据的分配存储情况,来对比分析Mertz法与模平方法的校正结果。实验结果表明,在DSP上实现相位校正时,Mertz法相位校正方案具有运算速度快、占用存储空间少、误差较小等特点,并且Mertz相位校正法的运算时间较模平方法快20倍,适用于对PEM-FTS干涉图进行高速准确的相位校正。     

一种基于傅里叶变换的分析载波条纹的新方法

针对传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时会有边缘效应产生的问题,提出了一种基于傅里叶变换法的外推延拓方法,并从理论上进行了数学推导。为了验证这种方法的正确性,分别对一维数字信号和二维空间载波条纹图进行了数值模拟,进一步分析了误差产生的原因,并与传统的傅里叶变换法对比。结果表明该法可以有效抑制传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时边缘效应所造成的较大误差,在基于空间域相位调制技术的波面干涉测量中,对空间载波条纹图进行处理,可以使相位的计算精度达到3.3 mrad。     

空间采样傅里叶变换光谱仪光谱反演研究

根据相似性准则,对采集到的干涉图像进行干涉图元的拆分,通过寻址定位,得到与离散光程差序列相匹配的采样干涉图序列。采用过零采样方式,对大单边干涉图序列与小双边干涉图序列利用不同的窗函数进行切趾。为了校正相位误差,结合所研究采样干涉图的特点,对频域光谱乘积校正和空域干涉图卷积校正进行了研究和改进,获得了比较理想的光谱线形,其中空域干涉图卷积校正后的光谱偏差仅为0.012088,具有最好的校正效果。     

光的单边带传输的性能研究

对一种光单边带传输系统用MATLAB进行了仿真,结果表明：在完全消光条件下,10Gb/s单边带信号在常规单模光纤传输可达140 km, 而双边带仅为70 km;消光比对双边带传输和单边带传输的影响是不一样的. 双边带传输消光比为10 dB就够了, 单边带传输消光比要在20 dB以上,只有消光比大于20 dB时单边带传输相对于双边带传输的优越性才逐渐呈现出来.     

空间外差光谱仪相位校正方法的研究

空间外差光谱仪在应用的过程中由于各种测量原因使采集的干涉图存在相位误差。对此提出了一种改进的相位校正方法,该方法在提取单边变换光谱进行傅里叶逆变换求取干涉图相位曲线的基础上,通过拟合相位斜率求出相位误差,然后计算相位校正函数,将变换光谱与相位校正函数进行卷积来实现光谱相位校正。把该方法应用于实测单色谱与仿真水汽光谱的相位校正,实验结果显示该方法能有效的去除单色光谱边缘的低频假信号,提高干涉图的周期性和对称性;对于叠加了相位误差的连续光谱,使其校正前后的光谱与原光谱的标准偏差由0.47降为0.20,提高了光谱的准确性。     

低相干光断层扫描系统的噪声分析与研究

低相干光断层扫描,是近十几年来发展起来集多种前沿科学和技术为一体的超高精度成像技术。介绍了该技术的理论原理及本实验室建立的基于时域线性调制和光纤迈克耳孙干涉仪的低相干光断层扫描系统并给出了初步的实验结果。重点对光源谱型和参考臂扫描速度不均匀性对系统输出信噪比的影响进行了理论模拟计算和实验研究。通过运用傅里叶频谱的分析方法,从工程设计的角度出发给出了基于实验结果的参量特性分析以及这些特性将会给实际光学相干层析系统测量结果带来的影响,从而获得了低相干光断层扫描系统改进的方法。     

加权离散Fourier变换

本文给出DFT与FFT的一种变形——加权DFT和加权FFT及其有关性质,使方法误差得到改善,在一定误差范围内减少了样点的选取,从而加快了计算速度。尔后附带指出该方法在波谱分析、脉象研究等实际领域中的应用。     

Bayesian Estimation of NMR Spectral Parameters Under Low Signal-to-Noise Conditions

The Bayesian statistical method of spectral estimation is applied to NMR free induction decay signals at various values of signal-to-noise ratio (SNR). The frequency and amplitude estimates from the Bayesian calculations are more accurate than those from the commonly used fast Fourier transformation (FFT) of the same data sets. Both real and synthetic data sets are examined with the Bayesian results being superior in all cases. In addition to the superior performance at low SNR the Bayesian derived amplitudes and frequency estimates were not as affected by signal decay as in Fourier Transformed spectra. Finally, the amplitudes obtained are equal to the FFT integrated intensities resulting in an apparent frequency domain signal-to-noise ratio (SNR) greater than the FFT SNR by a factor proportional to the FFT frequency domain linewidth. For typical high resolution spectra this improvement was approximately a factor of 2.5. Even greater improvement is obtained when rapidly decaying signals are analyzed. Bayesian computation time for the 6 line p-chloroanaline and chloroform spectrum was approximately 12 minutes on a modern computer work station.     

用等比指数加权法改善LPSVD谱的分辨率

LPSCD法是目前线性预测法取代FFT在实践中最有意义的方法之一。本文建议在LPSVD之后作等比指数加权处理可改善HRNMR谱的分辨率,并保留高分辨NMR谱的所有特征。甚至可以用线段的集合重构高分辨谱,它与原FFT谱具有同样的化学位移、强度和积分。     

差分吸收光谱FFT+FT频谱细化方法研究

利用差分吸收光谱法（DOAS）可以实现污染气体的在线监测。为了提高监测精度,通常利用傅里叶变换滤波法（FFT）处理差分吸收光谱数据,但是因其频率分辨率的限制,影响其幅值精度,导致气体浓度的测量误差较大。提出了一种将FFT和FT相结合的差分光谱数据处理方法（FFT+FT）,首先对差分吸收光谱数据做FFT变换,得到其全景谱,再对峰值点附近的频谱用改进的连续FT进行细化,提高特征吸收频段的分辨率,对幅值误差进行补偿,从而提高气体浓度在线监测的精度。实验配制了不同浓度的SO₂和NO₂气体,当细化倍数为15时,SO₂和NO₂气体的最大测量误差不超过3.68%和3.17%,相对于FFT法,平均误差分别降低了1.82%和1.45%;相对于传统的多项式拟合法,平均误差分别降低了14.9%和1.80%;对恒定浓度的SO₂和NO₂气体分别进行了多次测量,验证了FFT+FT方法的稳定性。分析了细化倍数对测量精度的影响,当细化倍数小于15时,浓度测量误差随着细化倍数的增加而降低;当细化倍数从15增加到20时,误差反而逐渐变大,在大于20以后,误差出现波动,且都大于细化倍数为15时的测量误差。由于细化倍数太大,使谱线过于密集,找到频谱序列最大值的概率降低了,因此在有噪声的情况下采用该法进行频谱校正时,会出现细化倍数加大而测量精度反而降低的现象。确定了最优细化倍数,在确保测量精度前提下,使频谱细化的计算量最小,满足DOAS法实时在线监测气体浓度的要求。     

Unusual magnetic behaviors and electrical properties of Nd-doped BiFeO3 nanoparticles calcined at different temperatures

In the present work, we have investigated the effect of deposition time on the morphological, structural, and photoluminescence (PL) properties of β-Ga₂O₃ NWs grown by CVD technique. The diameter and length of the as-grown NWs varied for the deposition time of 1–4 h, from 50 to 100 nm and 5–15 μm, respectively. The crystalline quality of the NWs improved with increasing the deposition time. The detailed transmission electron microscopy (TEM) and fast Fourier Transformation (FFT) measurements revealed that the as-grown β-Ga₂O₃ NWs were single crystalline. Furthermore, we have studied the variation of PL spectra of the NWs with deposition time and provided an energy band diagram to give a plausible explanation of the origin of different emissions in the PL spectra. The PL spectra showed a broad strong UV-blue emission band and a weak red emission for 1 h deposited sample. We suggested that the UV and red emission from β-Ga₂O₃ NWs are related to oxygen vacancies and impurities such as nitrogen, respectively. It was observed that the intensity of UV emission decreased with deposition time and this reduction was attributed primarily to the reduction of oxygen vacancies in the NWs.     

Noninvasive thermometer for HIFU and its scaling

Acoustic-inversion method for a noninvasive temperature measurement in tissue is presented. A set of B-scan operating in M-mode was used as a signal-equipment. The echoes reflected from an assigned surface in tissue were acquired before and after heating, and the corresponding spectra were then obtained by FFT. In order to conduct the acoustic-inversion method, a theoretical formula given by authors in another paper was invoked. The optimization algorithm was implemented to fit the spectra to the measured data and calculate changes in temperature.     

像增强器噪声频谱特性测试技术研究

对一台进口的像增强器信噪比（SNR）测试仪进行履行，重新研制和设计了测试仪的信号处理模块、计算机系统和测试软件，采用硬件滤波、软件数字滤波和快速傅里叶变换（FFT）相结合的方法实现了像增强器噪声的频谱特性测试。利用所研制的测试仪对多种型号的进口和国产像增强器的噪声频谱进行了测试分析，并给出了分析测试结果。