引用本文:
翟新伟,李志斌. 基于小波变换的高斯曲线拟合在峰值定位中的应用[J]. 光通信技术,2020,44(2):10-13.
翟新伟,李志斌
(上海电力大学 自动化工程学院,上海 200090)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对低速率解调仪采样获得光纤布喇格光栅反射光谱解调精度低的缺点,采用了一种基于小波变换的高斯(WTG)曲线拟合方法。利用小波变换对反射光谱信号进行分解,对小波细节分量进行阈值量化处理,在此基础上,运用处理后的细节分量和近似分量对信号进行重构;然后对重构后的信号插值并进行高斯曲线拟合,使用Levenberg-Marquardt(LM)算法优化高斯拟合系数。仿真实验结果表明:与直接寻峰算法、高斯拟合算法相比,WTG算法的峰值定位误差最小,解调精度更高。
关键词:光纤布喇格光栅;小波变换;峰值定位;LM算法;高斯拟合
中图分类号:TN253 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)02-0010-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.02.003
0 引言
光纤布喇格光栅(FBG)传感器 [1]具有灵敏度高、抗电磁干扰、重复性好以及适应性强等优点,被广泛应用于测温系统[2]、应变测量系统[3]和位移检测[4]等。由于FBG是波长调制型传感器,对于外界参数的检测被转换成对FBG传感器反射光谱中心波长的检测,而光谱中心波长值又对应于反射光谱的峰值,所以FBG解调系统的核心在于反射光谱的峰值定位,因此高精度的寻峰算法是解调系统的关键。目前,常见的寻峰算法有直接寻峰(DP)法、质心探测法[5]、三点寻峰法和高斯拟合法[6-8]。其中,DP法易于操作,但对于光谱的采样点数要求较高,而便携式解调仪一般采样点数较少,采用DP法解调精度较低;三点寻峰法在寻峰精度上有一定的提高,但在寻峰过程中未考虑谱峰的不对称特性;高斯拟合是目前解调精度较高的算法,但是对光谱谱形要求严格。
在FBG解调系统中,由于检测环境、机器设备等影响,反射光谱中包含了许多噪声,因此对反射光谱解调的第一步就是对信号进行降噪处理,而降噪的效果会直接影响解调的精度。为了提高寻峰精度[9-11],本文提出基于小波变换[12-15]的高斯(WTG)曲线拟合法。
5 结束语
本文提出了一种WTG曲线拟合峰值定位算法,对低速率采样的便携式解调仪反射光谱进行解调,有效地提高了解调精度。本文在相同温度(70 ℃)下,采用DP法、高斯拟合法以及本文提出的WTG算法对3根FBG反射光谱进行寻峰,实验结果证明:在相同温度下,WTG算法寻峰误差最小。为了进一步验证WTG算法的可行性,同样是采用DP法、高斯拟合法以及WTG算法,本文在不同温度下对3根FBG反射光谱进行寻峰,实验结果证明:依然是WTG算法的寻峰精度较高,误差在5 pm以下,实际温度误差在±0.5 ℃。因此,本文提出的WTG曲线拟合峰值定位算法对低速率解调仪反射光谱的解调具有参考价值,可以有效提高解调精度。