一种变频相移干涉测量的相位提取算法

相位提取的精度直接影响相移干涉测量的精度。在变频相移干涉测量中,相移量由干涉腔长和波长变化量决定,必须对测试系统进行相位标定,但常因相位标定不精确而引入相移误差,影响相位提取的精度。运用一种基于迭代的相位求解算法,该算法无需对测试系统进行相位标定,可以在被测相位和相移量均未知的情况下,通过交替迭代法求解出被测相位。通过仿真比较了传统四步相移和基于迭代的相位求解算法的相位提取精度,结果表明,基于迭代的相位求解算法的相位提取精度优于传统四步相移算法的精度。     

一种有源加性复合干扰的对抗算法研究

针对雷达有源加性复合干扰对抗的情况,传统的抗干扰算法只针对单一样式干扰进行抑制,很难做到有效权衡。由于有源复合干扰噪声功率高、欺骗性强的特点,为此提出了一种基于相位扰动的有源加性复合干扰对抗算法,该算法在斜变线性调频信号（SV LFM）信号的基础上,先对发射雷达信号的前后沿脉冲附加上一个扰动的相位,再通过与前一脉冲的匹配滤波,限幅处理和逆匹配,最后与当前脉冲进行匹配滤波处理,附加扰动的相位和限幅处理减弱了距离假目标信号的增益,而经过三次匹配滤波的作用,同样有效的削弱了大部分压制性干扰信号的成分,从而恢复出比较纯净的目标回波信号。通过实验仿真手段验证了相位扰动抗干扰算法的有效性,与传统直接匹配滤波的抗干扰算法相比,接收信号的信噪比提升了约25dB。     

基于自适应加权窗口的相位质量图提取

加权相位解缠算法的解缠精度取决于所提取的质量图的可靠性。目前提取相位质量图的方法大多采用以各个像素为中心的固定窗口法,但当某些像素被噪声严重干扰时,采用固定窗口法提取质量图往往得不到正确的解缠结果。因此,提出了几种自适应加权窗口方法来提取相位质量图,并给出了具体的实现方法和步骤,同时采用加权小波变换相位解缠算法进行相位解缠。实验结果表明,采用自适应加权窗口方法提取相位质量图来确定初始权重系数能获得比较好的解缠效果。     

抑制相位测量轮廓术饱和误差相位融合算法

在相位测量轮廓术中,由于被测物体表面反射率过大,导致照相机捕获的图像中部分像素点强度值超过照相机的最大量化值,即光强度饱和。分析了光强度饱和引起的相位误差,提出一种相位融合算法。该算法通过查找归一化后的最大调制强度,提取其对应的相位,并将该相位作为三维重建的最终相位。实验结果表明,在理想情况及测量系统存在Gamma畸变时该算法均能有效地修复饱和误差。当测量系统存在Gamma畸变时,校正后相位误差均方根值相对于传统技术减小了58.86%。     

基于选择采样的高效迭代相位提取算法

在光学精密测量中,相移干涉法应用广泛。常用的相移器件容易出现相移误差,采用等步距相位提取算法会产生测量误差。基于最小二乘的迭代相位提取算法可以有效消除该类相位提取误差,提高测量精度,但是其迭代过程运行时间长,效率低。提出了一种基于选择采样的迭代相位提取算法,先对干涉图像进行等间隔抽样,降低计算量;再根据对比度滤除干涉图像中低质量像素点,防止误差增大,进行最小二乘迭代求解相位。仿真实验对算法进行了分析和验证,在抽样间隔为2时的选择采样方法与所有像素点全部代入计算相比,运行时间从6.687 s降为0.725 s,均方根误差仅为0.032 9。实验结果证明:选择采样的迭代相位提取算法运算时间短、误差小,非常适合高速相移干涉测量应用。     

基于能动分块反射镜的两路光纤放大器相位探测及其相干合成实验研究

在光纤激光相干合成中,需要探测各路光束之间的平移误差.提出了一种条纹提取算法,利用此算法能得到准确的相位平移扰动.基于此算法,针对两路光纤放大器测量了毫瓦量级的光纤放大器的相位噪声特性,然后采用高速数字处理电路以及能动分块反射镜完成了平移相位扰动的实时校正.实验结果表明,闭环前后条纹对比度从0.09提高到0.25,平移误相位噪声强度的幅值从1053.4 nm降低到116.7 nm,系统校正精度达到1/10λ,控制带宽约为50Hz. 关键词： 能动分块反射镜 条纹提取算法 相位扰动 光纤放大器     

基于二维连续小波变换的ESPI条纹图相位提取方法

提出了一种基于二维连续小波变换的电子散斑干涉(ESPI)条纹图相位提取方法。通过检测二维小波脊确定条纹相位,并引入条纹频率作为向导,有效地避免了相位解调过程中的符号奇异性问题,从而使该算法既能处理开条纹图也能处理闭条纹图,且对散斑噪声具有较强的抑制能力。数值模拟和实验结果表明,该方法在抑制散斑噪声的同时能够有效地提取出条纹相位,对开条纹图和闭条纹图都能处理。     

相干噪声快速去除算法及其在声源定位中的应用

针对相干噪声干扰声源辨识问题,将强跟踪滤波器理论与阵列-信号采集模型相结合,发展了一种快速估计相位变化的算法。算法引入多重次优渐消因子,能够进一步提取相位残差中的有用信息,使输出残差序列处处正交,且该因子能根据噪声相位差变化自动调节。通过仿真对连续相位突变进行跟踪表明,在参数失配条件下该算法实现了相位差的准确估计,且其性能在宽频范围具有稳定性。通过音箱实验给出了宽频范围内的成像结果,与已有算法对比表明,该算法不仅能够实时消除噪声干扰并可将收敛速度提高一倍以上。本研究实现了对随机变化相位的准确估计,提升了传声器阵列在相干噪声干扰下的声源实时定位能力。      

Ronchi相移剪切干涉仪及其相位提取误差分析

在分析Ronchi相移剪切干涉仪典型系统参数的基础上,系统研究了该干涉仪相位提取精度的主要影响因素。结合传统的五步相移算法,采用所提出的八步与十步相移算法,对Ronchi相移剪切干涉仪的相位提取误差进行理论分析和仿真计算。仿真结果说明,八步和十步相移算法可以有效地消除多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响,且十步相移算法比八步相移算法具有更高的相位提取精度;为了提高测量精度,要求相移误差优于2%;探测器位数大于10位;光栅周期误差小于1%;光源空间相干性低于0.1。通过采用不同的相移算法、剪切率和光源空间相干性的三组对比实验,对理论分析的正确性进行了验证。     

相位环形统计矢量对提高全聚焦成像质量的影响

为进一步提高超声全聚焦的成像质量,提出一种基于相位环形统计矢量的全聚焦成像方法。首先,在全聚焦实施过程中提取全矩阵数据中信号的相位信息。然后,将同一聚焦像素点的相位视作环形分布的统计样本,通过饱和状态加权统计构建由幅值和相位分布共同决定的相位环形统计矢量。最后,将相位环形统计矢量的模等效为全聚焦图像的幅值。结果表明,该成像算法既能够通过放大相位分布对信号幅值的贡献提高信噪比,又能够通过减小声束宽度有效提高横向分辨率。相比于相位相干加权算法SCF和CCF,基于相位环形统计矢量的算法对相位偏差的容忍度更高。      

A strip extracting algorithm for phase noise measurement and coherent beam combining of fiber amplifiers

We present a strip extracting algorithm (SEA) for detecting and locking the phase noise of fiber amplifiers. Based on the algorithm, the phase noise of a 10 W Yb fiber amplifier is obtained and locked with an active segment mirror (ASM) and a high-speed CCD camera. Experimental results indicate that within the first 3 seconds after turn-on transients occur the amplitude of phase noise exceeds 20 waves, whereas in thermal steady-state operation it amounts to only several waves for the same time span. After phase locking, the Peak-to-Valley (PV) value of phase noise is close to ～1/10λ (λ=1064 nm), and the control bandwidth of the system is ～25 Hz.     

Image watermarking based on an iterative phase retrieval algorithm and sine-cosine modulation in the discrete-cosine-transform domain

A novel digital image watermarking system based on an iterative phase retrieval algorithm and sine-cosine modulation in the discrete-cosine-transform (DCT) domain is proposed. The original hidden image is first encrypted into two phase masks. Then the cosine and sine functions of one of the phase masks are introduced as a watermark to be embedded into an enlarged host image in the DCT domain. By extracting the watermark of the enlarged superposed image and decryption we can retrieve the hidden image. The feasibility of this method and its robustness against some attacks, such as occlusion, noise attacks, quantization have been verified by computer simulations. This approach can avoid the cross-talk noise due to direct information superposition and enhance the imperceptibility of hidden data.     

Phase determination in holographic Moiré in presence of nonsinusoidal waveforms and random noise

This paper proposes a subspace parameter estimation method which besides allowing for accommodating multiple PZTs in an optical interferometer permits for extracting in real time values of phase shifts between data frames at each pixel point. The technique enables to freely choose values of phase shifts between 0 and π. A generalized phase measurement algorithm allows for computing multiple phase information present in the interferometer. The method facilitates the use of spherical beams, addresses errors arising from the miscalibration of the phase shifting devices, and is capable of handling nonsinusoidal waveforms in an effective manner. Numerical simulations demonstrate that phase distributions can be measured with high accuracy even in the presence of noise.     

一种两步相移相位解算方法

提出一种将傅里叶与相移法结合的三维物体快速测量方法.通过时域提取精确的均值包络与频域滤波结合的方法预处理条纹,结合基于相位半角的两步相移,只需要两幅相移条纹图,即可得到精确的相位信息.通过仿真和实验将本文方法与现有方法进行了分析对比,实验结果证明,本文方法可以获得优于现有两步相移方法的准确度,一般测量环境下的均方根误差在3×10~(-3) rad以内.本文提出的方法对噪声和表面突变不敏感,具有鲁棒性好、运算速度快、准确度高等优点,在三维快速测量领域有较高的应用价值.     

基于听觉模型的话者特征参数提取及其在噪声背景下的话者辨识

本文基于人耳听觉模型提出了一种鲁棒性的话者特征参数提取方法。该种方法中,首先由Gamma tone听觉滤波器组和Meddis内耳毛细胞发放模型获得表征听觉神经活动特性的听觉相关图。由听觉神经脉冲发放的锁相特性和双声抑制特性,我们将听觉相关图每个频带中的幅值最大频率分量作为表征当前频带特性的特征参量,于是所有频带的特征参量便构成了表征当前语音段特性的特征矢量;我们采用DCT交换进一步消除各个特征参量之间的相关性,压缩特征矢量的维数。有效性试验表明,该种特征矢量基本上反映了输入语音的谱包络特性;抗噪声性能实验表明,在高斯白噪声和汽车噪声干扰下,这种特征参数比LPCC和MFCC有较小的相对失真;基于矢量量化的文本无关话者辨识表明,对于三种类型的噪声干扰该种特征参数在低信噪比下都获得了较好的识别结果。     

跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用

为了提高航空光电稳定平台的视轴稳定精度,采用跟踪微分器作为滤波器,对输入信号进行滤波,改善随机噪声对控制精度带来的负面影响。跟踪微分器会产生相位延迟,根据它得到的滤波信号及其微分信号,采用预报方法对滤波后的信号进行补偿。算法不依赖对象模型,计算量较小,易于实现。本文阐述了该算法的离散数学表达式,给出数值仿真分析,并在某型航空光电稳定平台上进行实验验证。结果表明:相较于巴特沃斯滤波器,跟踪微分器提高了阶跃响应的性能,最大超调量减少10.5%,上升时间缩短了4.5 ms,调整时间缩短50 ms。基本满足控制系统的实时性、快速性、稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。研究表明跟踪微分器对于航空光电稳定平台的精度提高,有比较好的实用价值。     

Numerical and experimental study on coherent beam combining of fibre amplifiers using simulated annealing algorithm

We present the numerical and experimental study on the coherent beam combining of fibre amplifiers by means of simulated annealing (SA) algorithm. The feasibility is validated by the Monte Carlo simulation of correcting static phase distortion using SA algorithm. The performance of SA algorithm under time-varying phase noise is numerically studied by dynamic simulation. It is revealed that the influence of phase noise on the performance of SA algorithm gets stronger with an increase in amplitude or frequency of phase noise; and the laser array that contains more lasers will be more affected from phase noise. The performance of SA algorithm for coherent beam combining is also compared with a widely used stochastic optimization algorithm, i.e., the stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. In a proof-of-concept experiment we demonstrate the coherent beam combining of two 1083~nm fibre amplifiers with a total output power of 12~W and 93% combining efficiency. The contrast of the far-field coherently combined beam profiles is calculated to be as high as 95%.     

模糊条码图像的正则化复原算法

由条码扫描仪获得条码图像的过程可以用理想条码信号与扫描仪光学系统点扩散函数的卷积模型来描述。反卷积是消除由光学系统点扩散带来的模糊现象的最好办法。为克服反卷积的病态问题,研究了反卷积的正则化方法;针对条码信号的特点,构建了适合于条码信号复原的惩罚项,提出了条码信号的正则化复原算法及其适合于计算机运算的迭代算法。通过实验研究了算法在不同情况下的抗干扰能力。实验结果表明,正则化条码信号复原算法在消除系统点扩散函数的影响的同时能够很好地抑制噪声。     

The fluctuating phase error analysis in the digital grating phase-shifting profilometry

The nonlinear response of the experimental system and the saturation of fringe patterns can induce the fluctuating phase error in the projection grating phase-shifting profilometry. Two major factors of the fluctuating phase error are discussed by simulation. The fluctuating phase error caused by the nonlinear response of the system is four times the frequency of the fringe pattern when the conventional four-frame phase extracting algorithm is used. However, such error can be decreased by five-frame algorithm. On the other hand, the fluctuating phase error caused by the fringe saturation is five times the frequency of the fringe pattern by using conventional five-frame phase extracting algorithm. A novel phase recovering algorithm is used to decrease the phase error caused by the saturation. Furthermore, the applicability range of the proposed phase recovering algorithm is analyzed by simulation and experiments with different saturation degree of the fringe pattern and nonlinearity of the measurement system.