一种时域修复技术提高太赫兹吸收谱分辨率的方法技术

本发明专利技术提出一种通过时域修复技术提高太赫兹吸收谱分辨率的方法。通过时域相关定位、尺度变换和延时相减去除反射峰的影响，增加太赫兹时域信号的有效长度，从而提高频域分辨率。本方法包括如下步骤：步骤一，获取主峰和反射峰起始点、谷点和峰值点对应的时间；步骤二，找出起始点、谷点和峰值点的位置；步骤三，提取主峰和反射峰的峰值；步骤四，计算衰减因子；步骤五，修复时域光谱；步骤六，获得频谱图；步骤七，计算吸收系数，比较修复前后的吸收谱图。该方法能准确去除时域信号的反射峰，同时能够有效提高太赫兹吸收谱的分辨率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及信号处理领域，特别设及太赫兹时域光谱信号的处理。
技术介绍
对于太赫兹（Ter址ertz，THz)光谱识别技术，由于大量分子的振动和转动能级 正好处于太赫兹的频带范围之内，因此在用太赫兹时域光谱（Ter址ertztime-domain spectroscopy,THz-TDS)技术探测生物样品时能够有效地产生共振吸收峰，从而为生物或 大分子样品提供指纹谱并进行探测和识别成为可能。然而，由于探测晶体和天线基底材料 的反射，使得系统中的T化光会发生多次反射，测得的时域信号出现多个反射峰。为了去除 反射峰的影响，如果将太赫兹时域光谱信号截断至第一反射峰前，根据傅里叶变换理论，其 频谱分辨率会大大降低，相应的吸收谱分辨率也会降低，不能反映吸收谱的精细程度，有些 间隔很近的两个吸收峰会W-个峰的形式呈现，可W说分辨率过低的频域谱是不可靠的， 从而影响吸收峰的辨识和物质的定性定量分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种通过太赫兹信号时域修复技术提高太赫兹吸收谱分 辨率的方法，通过时域相关定位、尺度变换和延时相减去除反射峰的影响，增加太赫兹时域 信号的有效长度，从而提高频域分辨率。通过本方法可W证明，时域信号处理提高太赫兹吸 收谱分辨率是切实可行的。 为实现上述目的，本专利技术提供一种通过时域修复提高太赫兹频谱分辨率的方法， 主要包括走个步骤： 步骤1，获取各峰值对应的时间。分别获取参考信号和测量信号主峰及多个反射峰的起 始点、谷点和峰值点对应的时间； 步骤2,找出起始点、谷点和峰值点的位置。根据步骤1获得的时间分别得到参考信号 和测量信号各个峰的起始点、谷点和峰值点的位置； 步骤3,提取峰值。根据步骤2中获得的各个峰值点的位置分别找出参考信号和测量信 号主峰和各个反射峰的峰值； 步骤4,计算衰减因子。分别将反射峰峰值与主峰峰值相比得到衰减因子； 步骤5,修复时域光谱。根据步骤2获取的位置及步骤4得到衰减因子的对光谱进行修 复，画出修复前后的时域谱图； 步骤6,获得频谱图。对修复前后的时域参考信号和测量信号进行傅里叶变换； 步骤7,计算吸收系数。根据步骤6得到参考信号和测量信号频谱，计算修复前后的吸 收系数，根据商用集成仪器获得高分辨率的真实T化吸收系数，画出修复前后和真实的吸 收谱图，并进行比较。【附图说明】 图1为本专利技术的参考信号raz时域光谱修复前后比较图 图2为本专利技术的测量信号T化时域光谱修复前后比较图 图3为本专利技术的修复前的T化吸收谱图 图4为本专利技术的修复后的T化吸收谱图 图5为本专利技术的真实的T化吸收谱图 图6为本专利技术的修复前、修复后及真实的T化吸收谱比较图。【具体实施方式】W下将对本专利技术的时域修复技术提高太赫兹吸收谱分辨率的方法结合实例作进 一步的详细描述。为了更好的体现本专利技术，在本实例中仅W水的吸收谱分辨率提高为例进 行说明，但本领域技术人员应该熟知，根据本专利技术的技术思想可W实现多种物质的吸收谱 分辨率提高。W下对通过时域修复技术提高太赫兹吸收谱分辨率水的吸收谱为例，参考 样本为空气中8. 5%湿度时的水分，测量样本为空气中49%湿度时的水分）的方法进行详细 说明。 根据
技术实现思路
可知道本专利技术一共包含7个步骤。 步骤1，获取各峰值对应的时间，将实验所测的参考信号和测量信号数据导入程 序，利用峰值查找方法得到主峰谷点对应时间tvO和峰值点对应时间化0,tvO往前推20个 点即主峰起始点对应时间tsO;然后将主峰与后面的信号进行互相关，可得到第一反射峰 起始点对应时间tsl、谷点对应时间tvl和峰值点对应时间化1，第二反射峰起始点对应时 间ts2、谷点对应时间tv2和峰值点对应时间化2,W此类推。[000引步骤2,找出起始点、谷点和峰值点的位置。根据步骤1得到的各个时间，利用时间 和数据序号的关系进行定位，如利用时间除W采样间隔分别找到tsO、tvO和tpO主峰对应 的序号；起始点nsO、谷点nvO和峰值点npO。利用相同的方法找到第一反射峰起始点nsl、 谷点nvl和峰值点npl，第二反射峰起始点ns2、谷点nv2和峰值点np2,W此类推。 步骤3,提取峰值，根据步骤2中获得的各个峰值点的位置直接获取参考信号和测 量信号主峰和各个反射峰的峰值。 步骤4,计算衰减因子，根据步骤3提取出的各个峰值，将各个反射峰峰值分别与 主峰峰值相比，得到衰减因子A1、A2……。 步骤5,修复时域光谱，根据步骤2获取的位置及步骤4得到的衰减因子对时域信 号进行修复，设第一个反射峰的起始点到第二个反射峰起始点的距离为L: 1 ="丑2 -"五1 (1) 设主峰起始点nsO到nsO+L距离间的信号序列为F0,第一反射峰起始点nsl到第二反 射峰起始点ns2的信号序列为F1，第二反射峰起始点ns2到ns2+L距离间的幅值序列为巧， 光谱修复采用如下方法： 巧二 F1-4*F0 似 F4 =F2-A,*F0 (3) 其中F3为第一反射峰修复后的信号序列，F4为第二反射峰修复后的信号序列，如果有 更多的反射峰，可采用相同的修复方法进行。画出修复前后的时域谱图并进行比较，如图1、 2所示，可W比较得出，通过本方法修复后反射峰被明显削弱。 步骤6,获得频谱图，对修复前后的时域参考信号和测量信号进行傅里叶变换。设 时域信号为J任人N点离散傅里叶变换公式为：【主权项】1. ，包括七个步骤： 步骤1，获取各峰值对应的时间，分别获取参考信号和测量信号主峰及多个反射峰的起 始点、谷点和峰值点对应的时间； 步骤2,找出起始点、谷点和峰值点的位置，根据步骤1获得的时间分别得到参考信号 和测量信号各个峰的起始点、谷点和峰值点的位置； 步骤3,提取峰值，根据步骤2中获得的各个峰值点的位置分别找出参考信号和测量信 号主峰和各个反射峰的峰值； 步骤4,计算衰减因子，分别将反射峰峰值与主峰峰值相比得到衰减因子； 步骤5,修复时域光谱，根据步骤2获取的位置及步骤4得到衰减因子的对光谱进行修 复，画出修复前后的时域谱图； 步骤6,获得频谱图，对修复前后的时域参考信号和测量信号进行傅里叶变换； 步骤7,计算吸收系数，根据步骤6得到参考信号和测量信号频谱，计算修复前后的吸 收系数，根据商用集成仪器获得高分辨率的真实THz吸收系数，画出修复前后和真实的吸 收谱图，并进行比较。2. 根据权利要求1所述的方法，其中修复对象包括水、炸药、氨基酸等所有能够测量太 赫兹时域光谱的物质。3. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤1中获取各峰值对应时间，主峰谷点对应时间 为tvO,峰值点对应时间为tpO,主峰起始点对应时间为tsO,通过主峰与后面的信号进行互 相关，得到第一反射峰起始点对应时间tsl、谷点对应时间tvl和峰值点对应时间tpl，第二 反射峰起始点对应时间ts2、谷点对应时间tv2和峰值点对应时间tp2,以此类推。4. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤2中找出起始点、谷点和峰值点的位置是需要 分别找出主峰和反射峰的具体位置，具体的方法是根据步骤1得到的各个时间，利用时间 和数据序号的关系进行定位，如利用时间除以采样间隔分别找到主峰tsO、tvO和tpO对应 的序号：起始点nsO、谷点nvO和峰值点ηρΟ,利用相同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时域修复技术提高太赫兹吸收谱分辨率的方法，包括七个步骤：步骤1，获取各峰值对应的时间，分别获取参考信号和测量信号主峰及多个反射峰的起始点、谷点和峰值点对应的时间；步骤2，找出起始点、谷点和峰值点的位置，根据步骤1获得的时间分别得到参考信号和测量信号各个峰的起始点、谷点和峰值点的位置；步骤3，提取峰值，根据步骤2中获得的各个峰值点的位置分别找出参考信号和测量信号主峰和各个反射峰的峰值；步骤4，计算衰减因子，分别将反射峰峰值与主峰峰值相比得到衰减因子；步骤5，修复时域光谱，根据步骤2获取的位置及步骤4得到衰减因子的对光谱进行修复，画出修复前后的时域谱图；步骤6，获得频谱图，对修复前后的时域参考信号和测量信号进行傅里叶变换；步骤7，计算吸收系数，根据步骤6得到参考信号和测量信号频谱，计算修复前后的吸收系数，根据商用集成仪器获得高分辨率的真实THz吸收系数，画出修复前后和真实的吸收谱图，并进行比较。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小霞，尚丽平，卢敏，邓琥，王顺利，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51