在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法及系统，包括：噪声特性提取步骤：对测量得到的输出光谱以及输入光谱进行域变换，得到在变换域表述振幅型噪声特性的参数；滤波器设计步骤：根据输入光谱和提取的噪声特性参数，结合处理要求的选择设计滤波器；光谱数据滤波步骤：使用设计好的滤波器对光谱数据进行滤波处理和验证，得到噪声减弱后的光谱；计算弱测量结果步骤：利用噪声减弱后的光谱，通过弱测量系统光谱分析解算得出弱测量对待测参量的估计值；本发明专利技术实现对特定振幅型噪声的减弱，一定程度上克服了振幅型噪声对弱测量技术带来的不良影响。

【技术实现步骤摘要】
在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法及系统
本专利技术涉及弱测量技术中对噪声进行减弱的技术，具体地，涉及一种在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法及系统，更为具体地，涉及一种在弱测量过程中降低振幅型噪声影响的光谱数据处理方法。
技术介绍
弱测量技术是量子测量中的概念。弱测量技术在系统演化之后进行强测量，把系统的状态投影到某种我们想要的状态上去，以期对原系统只产生微弱的影响。弱测量技术可以以丢弃大量测量结果，即多次测量为代价，得到一个待测算符本征值之外的结果，这个结果可以大大偏离待测算符的本征值。这对于精密测量来说，就是可以实现高精度、高灵敏度的测量。随着弱测量技术的不断发展，现在已有偏置弱值放大弱测量、联合弱测量等技术。其中联合偏置弱测量实现了极高灵敏度的参量测量，弱测量的实用化已经更进了一步。但是，现有对弱测量的研究都是基于自由空间光学测量，而对于实际应用广泛的光纤测量系统还缺乏研究。光纤系统中存在着一些自由空间没有的特性：光纤扭曲、挤压、色散和内外部电磁场产生电磁致伸缩效应的影响等，都有可能对弱测量产生影响。例如专利文献C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法，其特征在于，包括：/n噪声特性提取步骤：对测量得到的输出光谱以及输入光谱进行域变换，得到在变换域表述振幅型噪声特性的参数；/n滤波器设计步骤：根据输入光谱和提取的噪声特性参数，结合获取到的处理要求选择设计滤波器；/n光谱数据滤波步骤：使用设计好的滤波器对光谱数据进行滤波处理和验证，得到噪声减弱后的光谱；/n计算弱测量结果步骤：利用噪声减弱后的光谱，通过弱测量系统光谱分析解算得出待测物理参量的值；/n所述输入光谱是预先用光谱仪从光信号源处测量所得的信号光初始光学频谱；/n所述输出光谱是信号光经历了弱测量的全部过程，包括偏振前选择、待测参量感知和...

【技术特征摘要】
1.一种在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法，其特征在于，包括：
噪声特性提取步骤：对测量得到的输出光谱以及输入光谱进行域变换，得到在变换域表述振幅型噪声特性的参数；
滤波器设计步骤：根据输入光谱和提取的噪声特性参数，结合获取到的处理要求选择设计滤波器；
光谱数据滤波步骤：使用设计好的滤波器对光谱数据进行滤波处理和验证，得到噪声减弱后的光谱；
计算弱测量结果步骤：利用噪声减弱后的光谱，通过弱测量系统光谱分析解算得出待测物理参量的值；
所述输入光谱是预先用光谱仪从光信号源处测量所得的信号光初始光学频谱；
所述输出光谱是信号光经历了弱测量的全部过程，包括偏振前选择、待测参量感知和偏振后选择后，最终进入光谱仪前的信号光光学频谱；
所述滤波器设计步骤中处理要求包括对噪声的滤除程度、滤波器阶数的限制和通带失真的限制。


2.根据权利要求1所述的在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法，其特征在于，所述噪声特性提取步骤包括：
噪声特性提取步骤M1.1：输入光谱数据为光学频率和幅值一一对应的n组数值，其中，n为光谱数据的光学频率采样点数，光谱数据所在的域记为ω域，光谱分布函数记为P(ω)；对输入光谱数据做傅立叶变换，从ω域变换至x域，变换后的分布函数记为P(x)；当在[0,xcut]区间内P(x)≠0，在[xcut,∞]区间内P(x)＝0，则将xcut定义为信号的截止阈值；
噪声特性提取步骤M1.2：测量所得输出光谱数据为光学频率和幅值一一对应的n组数值，其中，n为光谱数据的光学频率采样点数，光谱数据所在的域记为ω域，光谱分布函数记为Q(ω)；对输出光谱数据做傅立叶变换，从ω域变换至x域，变换后的分布函数记为Q(x)；当不存在噪声，则在[0,xcut]区间内Q(x)≠0，在[xcut,∞]区间内Q(x)＝0；当存在噪声，则在[0,xcut]区间之外的[xcut1,xcut2]区间也有Q(x)≠0，其中xcut＜xcut1＜xcut2；将xcut1和xcut2分别定义为噪声的上下截止阈值。


3.根据权利要求1所述的在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法，其特征在于，所述滤波器设计步骤中处理要求包括：对噪声的滤除程度、滤波器阶数的限制和通带失真的限制；
所述噪声的滤除程度为滤除前后噪声在光学频谱的变换域上对应的幅值的减弱程度；
所述滤波器阶数的限制为滤波计算复杂度，滤波器阶数越高，滤波计算复杂度越高；
所述通带失真的限制为对通带最大纹波度的限制和是否要求通带形状平坦。


4.根据权利要求1所述的在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法，其特征在于，所述光谱数据滤波步骤包括根据设计得到的滤波器，在数据谱所在的ω域对含噪声光谱数据进行滤波，得到噪声减弱后的光谱。


5.根据权利要求1所述的在弱测量中对抗振幅型噪声的光谱数据处理方法，其特征在于，所述光谱数据滤波步骤还包括：在x变换域对滤波的效果进行验证，如果滤波器不满足要求，则返回滤波器设计步骤调整参数或要求，重新进行设计；
所述对滤波的效果进行验证包括计算滤波后的x域谱和含噪声的x域谱，根据滤波后的x域谱和含噪声的x域谱分别计算通带和阻带的响应、波纹程度和滤波计算复杂度；当通带和阻带的响应、波纹程度和滤波计算复杂度满足预设条件时，则计算弱测量结果；当通带和阻带的响应、波纹程度和/或滤波计算复杂度不满足预设条件时，则重复执行滤波器设计步骤至滤波处理振幅型噪声步骤，直至通带和阻带的响应、波纹程度和滤波计算复杂度满足预设条件。

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【专利技术属性】
技术研发人员：黄靖正，黄朝政，李洪婧，曾贵华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31