基于CEEMD算法的高精度FSI测距方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CEEMD算法的高精度FSI测距方法，主要解决现有FSI测距系统由于激光器光频扫描非线性影响导致的精度和稳定度欠佳问题。方案包括：构建光频扫描干涉测距系统，利用激光器进行光频连续调谐输出，经过干涉光路后由探测器探测干涉信号，生成时域上连续变化的正弦信号，同时系统监测激光频率和干涉信号的同步变化，采用CEEMD算法对正弦干涉信号进行分解重构，然后利用希尔伯特变换HT对重构信号进行相位提取，通过求解一定光频变化范围下的两个不同时刻连续变化的正弦干涉信号的相位差得到距离测量结果。本发明专利技术在不增加系统复杂度的前提下，能够有效提升非平稳干涉信号的重构质量，改善系统测距精度。改善系统测距精度。改善系统测距精度。

【技术实现步骤摘要】
基于CEEMD算法的高精度FSI测距方法


[0001]本专利技术属于光学精密测量
，进一步涉及光频扫描干涉测距方法，具体为一种基于补充总体平均经验模式分解CEEMD(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition)算法的高精度光频扫描干涉FSI(Frequency Scanning Interferometry)测距方法，可用于提高光学干涉信号的信噪比，降低噪声及光频扫描非线性对干涉信号相位提取的影响，进一步提高干涉信号的相位提取精度，提高FSI系统的测距精度。

技术介绍

[0002]随着工程机械装备向着精密化方向发展，高精度、大范围、非接触式的大尺寸测量技术成为了装备制造业的关键技术之一。FSI测距技术作为一种典型的大尺寸测量技术，在装备制造业、空间探索等方面得到了广泛的研究与应用，但是测距系统的光频非线性一直是限制该方法测量精度的重要因素。作为FSI系统的光源，可调谐外腔半导体激光器ECDL(External Cavity Diode Laser)通过改变压电陶瓷PZT(Piez本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于补充总体平均经验模式分解CEEMD算法的高精度光频扫描干涉FSI测距方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用可调谐外腔半导体激光器ECDL、准直器、分光棱镜、法布里
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珀罗FP标准具、光电探测器以及迈克尔逊干涉光路搭建FSI测距系统，并在所述系统中配备数据采集装置；(2)通过FSI测距系统的可调谐外腔半导体激光器ECDL产生频率随时间t变化的调谐光源S并输出至准直器；(3)准直器对调谐光源S准直后利用分光棱镜将其分为S1和S2两束光，且S1进入法布里
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珀罗FP标准具、S2进入迈克尔逊干涉光路；(4)法布里
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珀罗FP标准具获取S1的透射信号，并使用光电探测器对该透射信号进行探测得到FP信号；迈克尔逊干涉光路中的光电探测器对进入光路后经过分光、反射及汇聚干涉的S2进行探测，得到干涉信号；(5)利用数据采集装置同步采样步骤(4)中得到的FP信号和干涉信号，并对其进行预处理：(5.1)根据FP信号的谐振峰数计算得到激光器ECDL输出调谐光源的调谐范围Δv：Δv＝(r
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1)
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FSR，其中，r表示FP信号的谐振峰数，FSR表示两个相邻谐振峰之间所对应的光频差；(5.2)利用采样区间内首尾两个FP信号的谐振峰所在时刻完成对干涉信号的截取；(5.3)按照周期对步骤(5.2)中截取得到的干涉信号进行划分，将其分为整数周期干涉信号和小数周期干涉信号，对其中的小数周期干涉信号进一步划分，得到起始小数周期干涉信号和结尾小数周期干涉信号；(6)利用补充总体平均经验模式分解CEEMD算法对小数周期干涉信号进行处理，即对起始小数周期干涉信号和结尾小数周期干涉信号进行分解，并将分解得到的分量按照频率由高到低依次排列，根据排列结果剔除掉高频噪声分量，保留反映干涉信号特性的真实平稳分量，再对所保留的真实平稳分量进行叠加重构，最终得到高信噪比的重构小数周期干涉信号；(7)利用希尔伯特变换求解得到重构小数周期干涉信号的相位差实现步骤如下：(7.1)分别对步骤(5.3)得到的起始小数周期干涉信号和结尾小数周期干涉信号进行希尔伯特变换，将经希尔伯特变换后的信号作为虚部、原信号为实部，构造小数周期干涉信号的解析函数：其中，i表示虚数；b(t)表示小数周期干涉信号相干项的光强幅度函数；表示小数周期干涉信号的瞬时相位函数；(7.2)计算小数周期干涉信号的瞬时相位值：(7.3)获取不同时刻对应的多个瞬时相位值，并对其进行相位解包裹，得到随时间变化的连续瞬时相位函数再通过对首尾两个时刻t1、t2所对应的瞬时相位值和
做差，得到待求小数周期干涉信号的相位差(8)按照如下步骤得到总相位差Δφ：(8.1)利用整数周期干涉信号的峰值数，根据下式得到整数周期干涉信号相位差Δφ1：Δφ1＝(δ
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1)
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2π其中，δ表示峰值个数；(8....

【专利技术属性】
技术研发人员：邓忠文，孙海峰，陈文军，李小平，沈利荣，张树威，刘智惟，姚鑫，杨克元，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：