基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法及系统，包括：光学模块、数据采集模块和数据处理模块；其中，所述光学模块用于依据联合弱测量参数估计算法估计时间延迟；所述数据采集模块用于控制光谱仪采集数据；所述数据处理模块用于对测量数据进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。本发明专利技术采用联合弱测量技术和基于最大似然估计算法的数据处理技术，可以实现对偏振光经过双折射晶体后产生的时间延迟这一微小量的高精度估计，并为陀螺仪转速的测量提供了一套有效的测量方案。

Time delay estimation method and system based on joint weak measurement technology

The present invention provides a method and system for delay estimation, joint weak measurement technology based on time including: optical module, data acquisition module and data processing module; wherein, the optical module for joint weak measurement parameter estimation algorithm to estimate the time delay; the data acquisition module is used to control the data acquisition spectrometer data; processing module is used for analysis and processing of measurement data to obtain estimates of the value of time delay. The invention adopts joint weak measurement technology and based on the maximum likelihood estimation algorithm of the data processing technology, can achieve high precision of light passing through the birefringent crystal produced by the micro amount of time delay estimation, and provides a set of effective scheme for measuring speed gyroscope.

【技术实现步骤摘要】
基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法及系统
本专利技术涉及对微小量的测量技术，具体地，涉及一种基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法。
技术介绍
在精密测量领域，弱测量技术主要分为两类：弱值放大弱测量和联合弱测量。其中，弱值放大弱测量技术提出的比较早，并且这种技术目前已经得到了广泛的应用。但是不可避免的，这种技术也存在着一些缺陷，例如：1、弱值放大弱测量利用弱耦合和后选择技术，将本来很微小的参量适当的放大到一个可观测量的位置，从而间接的对微小量进行测量，这种“放大”是以牺牲后选择光子数而得到的，也就是说，当后选择角度与前选择角度越接近垂直时，放大倍数就越大，但在探测器上接收到的光子数就越少，可以利用的信息量就越小。2、在弱值放大弱测量中，放大倍数的计算依赖于后选择角度，虽然后选择角度可以事先已知，但是在实验中，一旦后选择偏振片发生扰动，后选择角度就会偏离真实值，那么，测量精度就会有偏差。由以上的描述可知，弱值放大弱测量存在着一些难以克服的缺陷。近年来，有学者提出了基于联合弱测量的参量估计方法。这种方法建立在弱值放大弱测量基础之上，不同的是，联合弱测量将后选择之后的光分成两路，并且同时测量所有的光子，这样做就可以收集全部的光子信息，提高测量精度；另外，联合弱测量利用最大似然估计的后处理算法得到偏移量，这种方法可以在未知后选择参数的情况下同时估计出微小参量和后选择参数，这样，即便在实验条件下后选择参数不稳定，利用联合弱测量的方法也不会影响参数估计的精度。因此，联合弱测量可以有效的弥补弱值放大弱测量的缺陷。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法及系统。根据本专利技术提供的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统，包括光学模块、数据采集模块以及数据处理模块；其中，-所述光学模块用于对信号源发出的光进行相应处理，获得该信号源对应的透射光和反射光的光谱；-所述数据采集模块用于控制光学模块，实现光谱信号的采集和存储；-所述数据处理模块用于对数据采集模块采集到的光谱信号进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。优选地，所述光学模块包括：线偏振片、双折射晶体、极化分束器、第一光谱仪以及第二光谱仪；具体地，信号源发出的光依次经过线偏振片、双折射晶体、极化分束器后分化为透射光和反射光两路，所述透射光和反射光分别被第一光谱仪和第二光谱仪接收；所述第一光谱仪和第二光谱仪将采集到的透射光和反射光分光谱信号传输至数据采集模块进行保存。优选地，所述数据采集模块包括：基于LABVIEW的数据采集系统；其中，所述数据采集系统包括：激活子系统和数据采集子系统，所述激活子系统用于激活第一光谱仪和第二光谱仪、得到相应的光谱仪型号信息和内部参数信息，保存在LABVIEW寄存器中，并将光谱仪发送的各个信息传输至数据采集子系统；所述数据采集子系统用于控制光谱仪采集数据的开始和停止，修改光谱仪内部参数信息，并存储光谱仪发送的光谱信号。优选地，所述数据处理模块通过嵌入的MATLAB程序对数据采集模块储存的光谱信号进行处理得到时间延迟的估计值。根据本专利技术提供的基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法，应用上述任一项所述的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统；包括如下步骤：光谱信号采集步骤：对信号源发出的光进行相应处理，获得该信号源对应的透射光和反射光的光谱；数据采集步骤：控制光谱信号采集的进程，实现光谱信号的采集和存储；数据处理步骤：对数据采集步骤中采集到的光谱信号进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。优选地，所述光谱信号采集步骤包括：步骤A1：前选择过程，具体为，令信号源发出的光经过线偏振片后转化为45°方向的线偏振光，将所述线偏振光定义为偏振态，记为前选择态，计算公式如下：其中，表示前选择态(下标i表示初始化状态)，|H〉和|V〉分别表示水平极化态和垂直极化态；步骤A2：弱耦合过程，具体为，令前选择态偏振光经过双折射晶体(3)，由于双折射晶体的双折射效应，水平分量相比于垂直分量有一个微小的时间延迟，该时间延迟记为τ；步骤A3：后选择过程，具体为，将带有时间延迟的偏振光经过极化分束器(4)，简称PBS，使入射光分成透射光和反射光两路，则将所述透射光和反射光记为后选择态，计算公式如下：其中，和分别表示透射光和反射光的后选择态(下标f1和f2分别表示末态1和2)，φ表示PBS的极化角度，且所述PBS的极化角度满足条件步骤A4：联合弱测量过程，具体为，令透射光和反射光分别被第一光谱仪(5)和第二光谱仪(6)接收，其中接收透射光的光谱仪采集到的总光强为接收反射光的光谱仪采集到的总光强为且ω0＝∫P0(ω)ωdω；式中：Pf1和Pf2分别表示透射光和反射光的总光强，ω表示光频率，ω0表示在弱耦合之前光的初始平均频率，P0(ω)表示初始光频谱分布函数，τ表示待测时延值。优选地，所述数据采集步骤包括：步骤B1：在LABVIEW平台下开发数据采集系统，实现对光谱仪的控制；步骤B2：通过调用动态链接库函数实现LABVIEW与光谱仪之间的通信。优选地，所述数据处理步骤包括：采用最大似然估计方法得到时间延迟τ的估计值；具体地，计算公式如下：式中：τjw表示时间延迟τ的估计值(下标jw表示联合弱测量)，Pf1和Pf2分别表示透射光和反射光的总光强(下标f1和f2分别表示末态1和2)，〈ω〉1和〈ω〉2分别表示透射光和反射光的平均频率，Δω表示初始光的频宽。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术采用联合弱测量方法实现参量估计，通过对输出端两路光同时采集，可以有效的获得更多的后选择光子信息。2、本专利技术采用最大似然估计算法估计时间延迟，最大似然方法具有无偏性和有效性的特点，可以使参量估计更加精确。3、利用最大似然估计方法可以在不知道后选择参数的情况下同时估计出微小的量以及后选择参数，降低了由后选择扰动带来的误差。4、在数据采集方面，本专利技术可以同时控制两个光谱仪的数据采集并自动完成数据处理过程，简化数据采集过程中的操作步骤，提高了数据处理效率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中基于联合弱测量的时间延迟结构示意图；图2为本专利技术中数据采集框架图。图中：1为信号源；2为线偏振片；3为双折射晶体；4为极化分束器；5为第一光谱仪；6为第二光谱仪。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供的基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法，采用联合弱测量技术和最大似然估计算法获得未知参量。在本实施例中，本专利技术提供的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统，包括：光学模块、数据采集模块和数据处理模块；其中，所述光学模块用于对信号源发出的光进行相应处理，获得该信号源对应的透射光和反射光的光谱；所述数据采集模块用于控制光学模块，实现光谱信号的采集并保存；所述数据处理模块用于对数据采集模块采集到的光谱信号进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统，其特征在于，包括光学模块、数据采集模块以及数据处理模块；其中，‑所述光学模块用于对信号源(1)发出的光进行相应处理，获得该信号源(1)对应的透射光和反射光的光谱；‑所述数据采集模块用于控制光学模块，实现光谱信号的采集和存储；‑所述数据处理模块用于对数据采集模块采集到的光谱信号进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。

【技术特征摘要】
1.一种基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统，其特征在于，包括光学模块、数据采集模块以及数据处理模块；其中，-所述光学模块用于对信号源(1)发出的光进行相应处理，获得该信号源(1)对应的透射光和反射光的光谱；-所述数据采集模块用于控制光学模块，实现光谱信号的采集和存储；-所述数据处理模块用于对数据采集模块采集到的光谱信号进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。2.根据权利要求1所述的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统，其特征在于，所述光学模块包括：线偏振片(2)、双折射晶体(3)、极化分束器(4)、第一光谱仪(5)以及第二光谱仪(6)；具体地，信号源(1)发出的光依次经过线偏振片(2)、双折射晶体(3)、极化分束器(4)后分化为透射光和反射光两路，所述透射光和反射光分别被第一光谱仪(5)和第二光谱仪(6)接收；所述第一光谱仪(5)和第二光谱仪(6)将采集到的透射光和反射光分光谱信号传输至数据采集模块进行保存。3.根据权利要求3所述的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：基于LABVIEW的数据采集系统；其中，所述数据采集系统包括：激活子系统和数据采集子系统，所述激活子系统用于激活第一光谱仪(5)和第二光谱仪(6)、得到相应的光谱仪型号信息和内部参数信息，保存在LABVIEW寄存器中，并将光谱仪发送的各个信息传输至数据采集子系统；所述数据采集子系统用于控制光谱仪采集数据的开始和停止，修改光谱仪内部参数信息，并存储光谱仪发送的光谱信号。4.根据权利要求3所述的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统，其特征在于，所述数据处理模块通过嵌入的MATLAB程序对数据采集模块储存的光谱信号进行处理得到时间延迟的估计值。5.一种基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法，其特征在于，应用权利要求1至权利要求4中任一项所述的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统；包括如下步骤：光谱信号采集步骤：对信号源(1)发出的光进行相应处理，获得该信号源(1)对应的透射光和反射光的光谱；数据采集步骤：控制光谱信号采集的进程，实现光谱信号的采集和存储；数据处理步骤：对数据采集步骤中采集到的光谱信号进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。6.根据权利要求5所述的基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法，其特征在于，所述光谱信号采集步骤包括：步骤A1：前选择过程，具体为，令信号源(1)发出的光经过线偏振片...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄靖正，曾贵华，刘翔，方晨，崔挺，余扬，龙华保，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31