一种基于降噪处理的Y波导偏振特性参数测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于降噪处理的Y波导偏振特性参数测量方法，步骤1、搭建保偏光纤干涉测量系统，采集保偏光纤干涉信号的扫描数据；步骤2、使用CEEMDAN算法对保偏光纤干涉信号的扫描数据进行降噪分解处理；步骤3、设置自相关系数阈值以过滤经降噪分解处理后的保偏光纤干涉分解信号分量中的噪声，并重构信号；步骤4、计算Y波导的PER值和尾纤串扰。本发明专利技术实现了Y波导分布式偏振参数测量，为高精度光纤陀螺仪的标定和检测提供依据。仪的标定和检测提供依据。仪的标定和检测提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于降噪处理的Y波导偏振特性参数测量方法


[0001]本专利技术涉及光学测量领域，特别是涉及一种Y波导偏振特性参数测量方法。

技术介绍

[0002]光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的角速率传感器。铌酸锂光调制器件又称Y波导，作为光纤陀螺的重要器件之一，其偏振消光比(Polarization Extinction Ratio，PER)和尾纤串扰是影响光纤陀螺精度的重要参数。Y结偏振消光比是线偏光在保偏光纤传输时耦合到另一轴的能量与主轴传输之比，偏振消光比越大表示Y波导对光的动态调制能力越强。串扰表示在传输过程中，部分信号能量因为内外因素干扰耦合到了另一轴，越低的串扰表明光纤模式保持的能力越优秀。增大Y波导的偏振消光比，或者降低尾纤串扰，可以降低Y波导处耦合能量转移，从而减小光纤陀螺的误差，提高其性能。
[0003]中国专利CN111337052A《一种Y波导参数测量仪、测量系统及测量方法》公开了一种基于传统萨格纳克干涉仪的测量Y波导参数的方法，能够获得渡越时间、半波电压等参数，但未实现偏振特性参数的测量。中国专利CN104280216A《一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置及其Y波导偏振串音识别与处理方法》公开了一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试偏振串音的方法，通过设置不同长度的输出尾纤，从而实现双通道数据同时测量，但未能实现Y波导器件分布式测量且同时获得多个参数的值。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提出一种基于降噪处理的Y波导偏振特性参数测量方法，利用这一方法可以Y波导消光比及偏振串音的测量，对器件的偏振参数测量提供方案。
[0005]本专利技术利用以下技术方案实现：
[0006]一种基于降噪处理的Y波导偏振特性参数测量方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1、搭建保偏光纤干涉测量系统，采集集成Y波导干涉信号的扫描数据；
[0008]步骤2、使用完全集合经验模态分解算法对集成Y波导干涉信号的扫描数据进行降噪分解处理，具体过程如下：
[0009]向当前时刻t下的原始信号S(t)中添加N组白噪声信号n
i
(t)，得到第i组带噪声的信号S
i
(t)＝S(t)+εn
i
(t)，其中，ε为白噪声的幅度，N为白噪声的输入次数；对每组带噪声的信号进行EMD分解，得到N组IMF分量IMF
1i
(t)，对N组IMF
1i
(t)求平均，获得第一阶IMF分量IMF1(t)及残差r1(t)，表达式如下：
[0010][0011]r1(t)＝S(t)
‑
IMF1(t)
[0012]将残差重复进行上述的分解，直到最终的第m阶残差r
m
(t)无法进行EMD分解；
[0013]集成Y波导扫描信号S(t)表示为：
[0014][0015]其中，m表示为IMF分量的个数；
[0016]步骤3、设置自相关系数阈值以过滤经降噪分解处理后的集成Y波导扫描信号分量中的噪声，并重构信号；具体过程如下：
[0017]对每一阶IMF进行自相关计算，得到第j阶IMF分量IMF
j
(t)的自相关系数：
[0018][0019]其中，t表示扫描数据点，n为总扫描数据点个数；
[0020]对集成Y波导扫描信号S(t)中分解得到的IMF分量进行筛选，设置筛选阈值ρ
TH
，表达式如下：
[0021][0022]当ρ
j
＞ρ
TH
时，保留IMF
j
，否则，去除这一IMF模态分量，累加剩余的IMF分量重构信号，根据重构信号强度计算对应耦合强度：
[0023][0024]其中，I
main
为白光干涉系统迈克尔逊干涉仪两臂光程差为0时所获得干涉主极大的信号强度，I
cp
为耦合点对应的信号强度，h是耦合强度；
[0025]标定集成Y波导两端尾纤连接点，定位集成Y波导测量的扫描范围；
[0026]步骤4、计算Y波导的偏振消光比值和尾纤串扰值，具体过程如下：
[0027]计算Y波导的偏振消光比值：提取最大耦合强度值h
k
，导出Y波导的初始偏振消光比值PER
k
＝
‑
h
k
；
[0028]设置步长σ
k
，，计算阈值耦合强度动态阈值h
thk
，步长σ
k
和动态阈值h
thk
迭代获得，k为计算Y波导的偏振消光比值的迭代次数，表达式如下：
[0029]σ
k
＝(0.01
×
PER
k
)
k+1
[0030][0031][0032]去除计算出的耦合强度点，在剩余耦合强度值中提取最大耦合强度信号点h
k+1
；
[0033]如果h
k+1
>h
thk
，则进一步计算PER
k+1
；否则返回重新设定阈值h
thk
和新的步长σ
k
；如果α
k
、α
k+1
两者之绝对差值小于等于设定精度ε，且h
thk
小于系统的分辨率，则PER
k
为得到的偏振消光比值PER＝10lg(α
k+1
)，否则，重新返回计算阈值和步长；
[0034]计算尾纤串扰值：提取去除Y波导耦合点以外最大的耦合强度h
thw
；
[0035]设置动态步长σ
w
，计算阈值耦合强度h
thw
；
[0036]在剩余耦合强度值中提取最大耦合强度信号点h
w+1
，w为计算尾纤串扰值的迭代次
数，表达式如下：
[0037]σ
w
＝(0.01
×
PER
w
)
w+1
[0038][0039][0040]去除计算出的耦合强度点，在剩余耦合强度值中提取最大耦合强度信号点h
k+1
；
[0041]如果h
w+1
>h
thw
，则进一步计算串扰值Crosstalk
w+1
；否则返回重新设定阈值h
thw
和新的步长σ
w
；如果β
w
、β
w+1
两者之绝对差值小于等于设定精度ε，且h
thw
小于系统的分辨率，则尾纤串扰值Crosstalk＝
‑
10lg(β
w+1
)，否则，重新返回计算阈值和步长。
[0042]与现有技术相比，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于降噪处理的Y波导偏振特性参数测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、搭建保偏光纤干涉测量系统，采集集成Y波导干涉信号的扫描数据；步骤2、使用完全集合经验模态分解算法对集成Y波导干涉信号的扫描数据进行降噪分解处理，具体过程如下：向当前时刻t下的原始信号S(t)中添加N组白噪声信号n
i
(t)，得到第i组带噪声的信号S
i
(t)＝S(t)+εn
i
(t)，其中，ε为白噪声的幅度，N为白噪声的输入次数；对每组带噪声的信号进行EMD分解，得到N组IMF分量对N组求平均，获得第一阶IMF分量IMF1(t)及残差r1(t)，表达式如下：r1(t)＝S(t)
‑
IMF1(t)将残差重复进行上述的分解，直到最终的第m阶残差r
m
(t)无法进行EMD分解；集成Y波导扫描信号S(t)表示为：其中，m表示为IMF分量的个数；步骤3、设置自相关系数阈值以过滤经降噪分解处理后的集成Y波导扫描信号分量中的噪声，并重构信号；具体过程如下：对每一阶IMF进行自相关计算，得到第j阶IMF分量IMF
j
(t)的自相关系数：其中，t表示扫描数据点，n为总扫描数据点个数；对集成Y波导扫描信号S(t)中分解得到的IMF分量进行筛选，设置筛选阈值ρ
TH
，表达式如下：当ρ
j
＞ρ
TH
时，保留IMF
j
，否则，去除这一IMF模态分量，累加剩余的IMF分量重构信号，根据重构信号强度计算对应耦合强度：其中，I
main
为白光干涉系统迈克尔逊干涉仪两臂光程差为0时所获得干涉主极大的信号强度，I
cp
为耦合点对应的信号强度，h是耦合强度；标定集成Y波导两端尾纤连接点，定位集成Y波导测量的扫描范围；步骤4、计算Y波导的偏振消光比值和尾纤串扰值，具体过程如下：
计算Y波导的偏振消光比值：提取最大耦合强度值h
k
，导出Y波导的初始偏振消光比值PER
k
＝
‑
h
k
；设置步长σ
k
，，计算阈值耦合强度动态阈值h
thk
，步长σ
k
和动态阈值h
thk
迭代获得，k为计算Y波导的偏振消光比值的迭代次数，表达式如下：σ
k
＝(0.01
×
PER
k
)
k+1k+1
去除计算出的耦合强度点，在剩余耦合强度值中提取最大耦合强度信号点h

【专利技术属性】
技术研发人员：张红霞，李天玥，温国强，贾大功，刘铁根，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：