[发明专利]一种光纤波长解调光谱峰值定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤波长解调光谱峰值定位方法，特别涉及一种基于LM算法的光纤波长解调光谱峰值定位方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

光纤光栅(FBG)作为一种敏感元件，目前在光纤传感技术领域里已经得到非常广泛的运用。利用FBG作为敏感元件的传感器，其传感原理是基于FBG反射谱的中心波长与其所经受应变或温度变化的关系，因此准确读取FBG反射谱的中心波长值，对于提高FBG传感器的性能至关重要。

常规的光纤波长解调光谱峰值定位方法多为采用功率加权算法、高斯-多项式拟合算法等。功率加权算法的原理是以反射光功率为加权系数，计算波长的加权平均值，得到反射光功率在波长方向上分配的中心位置，以此值作为功率反射谱的中心波长，抗噪性能很差，波长解调精度低。高斯-多项式拟合算法的原理是对波形曲线进行高斯函数-多项式变换，采用一般多项式拟合法的原理得到峰值位置，拟合曲线过分依赖观测得到的数据，抗噪性能差，且如果峰值点不在观测点内，峰值误差较大，波长解调精度低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述常规方法中存在的波长解调不够准确、难于在实际中应用的问题，提出一种基于LM算法的光纤波长解调光谱峰值定位方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种光纤波长解调光谱峰值定位方法，其待解调目标光谱为具有多个像元点的多峰值光谱，该定位方法所包含的功能模块包括解调循环100、构建能量数组模块101、阈值检测模块102、寻峰处理模块103和波长拟合模块106，其中解调循环100又包括两个模块即构建拟合数组模块104和LM峰值定位模块105；

本发明的一种光纤波长解调光谱峰值定位方法，步骤包括：

1)根据待解调目标光谱中N个像元点的光谱能量值P₀[i]，利用构建能量数组模块101，构建各像元对应位置的能量数组P[i]，并取P[i]的最大值为P_max，P[i]可以采用P[i]＝P₀[i]-P₀[0]或者P[i]＝(P₀[i]-P₀[0])P_max两种方式构建，其中各像元对应位置的索引数组N[i]＝i+1，所述i＝0，1，...，N-1；

2)利用阈值检测模块102，根据待解调目标光谱及最大值P_max选择合适的阈值参数a、b，并计算比较阈值T_h＝P_max/a+b；

3)通过寻峰处理模块103，从N个像元点中得到索引分别为n₁，n₂，……，n_M的共M个峰值，并从能量数组P[i]中查找各峰值对应位置的能量数组值也即有效被测FBG的返回值P[j]，其中j＝n₁，n₂，……，n_M；

4)对于第一个峰值n₁，利用构建拟合数组模块104构建拟合数组，具体为：从N[i]和P[i]中取与n₁相邻的索引为n₁-x，…，n₁，…n₁+y的L个数构建拟合数组X[k]和Y[k]，其中L＝x+y+1，k＝1，2，...，L，X[k]为Y[k]的索引数组，令X[k]＝1，2，...，L；

5)通过LM峰值定位模块105，对数据X[k]和Y[k]利用LM算法进行峰值定位，得到第一个峰值n₁对应的中心像元索引值；

6)对于步骤3)中得到的索引为n₁以后的各峰值，执行解调循环100也即重复步骤4)和步骤5)，得到峰值分别为n₂，……，n_M时对应的中心像元索引值；

7)运用多项式拟合将各峰值对应的中心像元索引值转换为中心波长。

上述步骤3)中寻峰处理模块103寻找峰值的过程中采用两次寻峰算法，第一次寻峰，将P[i]中各值分别与T_h进行比较，大于T_h作为一个可能的峰值或者称为有效被测FBG的返回值；第二次寻峰，对第一次寻峰中得到的可能峰值，分别将每个峰值和该峰值在P[i]数组中前后相邻的L个数进行比较，若P[i]为其中的最大值，则为一个有效峰值也即有效的被测FBG的返回值，L值根据各峰值间隔确定；