一种干涉数据实时叠加均值方法技术

本发明专利技术公开了一种干涉数据实时叠加均值方法，它包括从待叠加干涉数据集中选取参考干涉图，利用干涉图的中央条纹区使用幅度阈值检测和相位检测的方法实现对错误干涉图的检测和剔除，基于带内光谱相位均值实现不同干涉图的相位对齐，最后完成经相位对齐的干涉数据的叠加均值处理。该方法可方便的使用FPGA、DSP等硬件实现。本发明专利技术可用于机载、气球载或星载迈克尔逊结构傅里叶光谱仪为改善信噪比需要对同一目标连续进行多次测量的场合。多次测量结果进行实时叠加均值可有效降低数据量。本发明专利技术具有硬件实现方便、高精度和高可靠性的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，它包括从待叠加干涉数据集中选取参考干涉图，利用干涉图的中央条纹区使用幅度阈值检测和相位检测的方法实现对错误干涉图的检测和剔除，基于带内光谱相位均值实现不同干涉图的相位对齐，最后完成经相位对齐的干涉数据的叠加均值处理。该方法可方便的使用FPGA、DSP等硬件实现。本专利技术可用于机载、气球载或星载迈克尔逊结构傅里叶光谱仪为改善信噪比需要对同一目标连续进行多次测量的场合。多次测量结果进行实时叠加均值可有效降低数据量。本专利技术具有硬件实现方便、高精度和高可靠性的优点。【专利说明】
:本专利技术涉及一种傅里叶光谱仪干涉数据处理方法，具体涉及。
技术介绍
:傅里叶光谱仪是一种基于干涉技术的高光谱仪器，因其高光谱分辨率、多通道、高光通量等优点在航空航天遥感、工农业生产等领域获得广泛应用。其数据处理是核心技术之一。对基于迈克尔逊结构的傅里叶光谱仪在高轨遥感、实验室测量等应用场合，目标信号比较微弱，需对同一目标连续测量多次，然后叠加取平均以提高信噪比。这会导致观测数据量成倍增加。实际仪器中，动境的往复运动抖动、非零点采样、参考激光条纹计数错误、电子学延迟及光学系统色散等原因引入的相位使得获取的干涉数据存在相位差，且不同干涉图间相位不一致，另外还存在偶发干涉数据测量错误。因此同一目标多次连续观测获取的干涉数据无法直接叠加。传统方法是直接下传，这会产生很大的数传压力。
技术实现思路
:本专利技术解决了干涉图的检测及相位对齐的快速实现，提出了。干涉数据的实时叠加均值处理可有效降低下传数据量。本专利技术的技术解决方案是:，该方法包括:首先从待叠加干涉数据集中选取一幅干涉图作为叠加均值处理的参考干涉图，并进行相应处理，然后对剩余待叠加干涉图做相位对齐处理，最后完成叠加均值处理。具体方法步骤如下:一、获取参考干涉图顺序选取同一观测目标连续获取的多幅待叠加干涉图的第二幅干涉图作为叠加均值处理参考干涉图，其处理及相关检测阈值建立流程如下:1-1零光程点检测:使用硬件和软件结合方式确定采样干涉图零光程差点，以该点作为傅里叶变换中心点和干涉图叠加参考点；1-2提取中央条纹区，即以零光程点为中心的小段双边干涉图:该区域包含丰富光谱信息，可用于相位检测及干涉图质量检查；1-3干涉图质量检查阈值:计算中央条纹区采样点绝对值累加和，该累加和加上一常数偏移量，作为干涉图质量检查阈值；1-4傅里叶变换:计算干涉图中央条纹区对应复数光谱；1-5带内光谱相位:根据采样定理和仪器工作波段，提取有效光谱带内复数光谱，计算带内光谱相位；1-6带内光谱相位均值:计算带内光谱采样点的相位均值；1-7相位检测:根据仪器设计和性能指标确定预定义相位检测阈值，若步骤1-6中计算的带内光谱相位均值大于该阈值，则舍弃该参考干涉图，给出干涉图异常标志，并重新选定参考干涉图，重复上述步骤1-1至1-7。否则，将该相位均值设为参考相位，该干涉图作为参考干涉图；二、其他待叠加干涉图处理2-1零光程点检测:使用硬件和软件结合方式确定采样干涉图零光程差点，以该点作为傅里叶变换中心点和干涉图叠加参考点；2-2提取中央条纹区:该区域包含丰富光谱信息，可用于相位检测及干涉图质量检查；2-3干涉图质量检查:计算中央条纹区采样点绝对值累加和，若该值明显大于干涉图质量检查阈值，则认为该干涉图存在异常，给出干涉图异常标志，将其从待叠加干涉图序列中剔除，并从步骤2-1开始下一幅待叠加干涉图处理；2-4傅里叶变换:计算干涉图中央条纹区对应复数光谱；2-5带内光谱相位:根据采样定理和仪器工作波段，提取有效光谱带内复数光谱，计算带内光谱相位；2-6带内光谱相位均值:计算带内光谱采样点相位均值；2-7相位检测:若步骤2-6计算的带内光谱相位均值大于相位检测阈值，则认为该干涉图存在异常，给出干涉图异常标志，将其从待叠加干涉图序列中剔除，从步骤2-1重新开始下一幅待叠加干涉图处理；2-8参考干涉图质量评估:如果步骤2-3和步骤2_6中检出异常干涉图超过一定数量，则重新选定参考干涉图，并重新开始上述处理流程；2-9相位对齐:计算待叠加干涉图带内光谱相位均值和参考相位之差作为相位对齐因子，然后对该待叠加干涉图与参考干涉图做相位对齐处理；三、干涉数据叠加均值对剩余待叠加干涉数据按步骤2-1至2-9依次进行处理，最后将同一观测目标经相位对齐处理的多次连续测量获取的干涉图和参考干涉图一起进行叠加均值处理，最终获得均值干涉图。本专利技术具有以下优点:1.处理过程简单、计算量小，速度快，便于硬件的实时实现；2.无需精确确定干涉图的仪器相位和采样误差相位，只需带内光谱相位均值，即可完成相位的检测和对齐；3.仅使用中央条纹区(小双边干涉图)而不是全部干涉图进行干涉图质量检查和相位检测，即可实现对错误干涉图的检测和剔除；【专利附图】【附图说明】:附图1为干涉数据叠加均值处理流程。【具体实施方式】:本专利技术是针对同一目标多次连续测量干涉数据实时叠加的一种实现方法。实际仪器获取的干涉数据存在相位差，即使同一目标连续多次测量获取的干涉图，也需要先进行相位校正处理，然后才能叠加。本专利技术利用干涉图中央条纹区，通过快速傅里叶变换，计算有效光谱带内光谱采样点相位均值的方法，实现了对待叠加干涉图间相位差的快速检测和校正。具体来说，首先从待叠加干涉数据集中选定参考干涉图，对其进行处理建立干涉图质量检查阈值和参考相位；然后对待置加干涉图进行干涉图质量检查和相位检测以副除存在错误干涉图，计算待叠加干涉图相对参考干涉图的相位差，并进行相位对齐处理，然后才进行叠加均值处理。为实现特定数目干涉图的叠加均值，对同一目标实测干涉图数目应略大于叠加数目。选取第二幅干涉图作为参考干涉图，若该干涉图无效，则选取下幅干涉图，如仍无效，则依次类推，如果都无效，则放弃本次干涉图叠加处理，并给出观测数据有误标志。首先对参考干涉图进行处理:1.零光程差点检测:首先由硬件方法确定零光程差点的大致位置，然后使用软件方法找到最大值点，以该点做为傅里叶变换中心点和干涉图叠加参考点；2.提取中央条纹区:以零光程点为中心点，按预定义点数，该值由实测数据和理论分析得到，提取中央条纹区，这可采用读寄存器的方式实现；3.干涉图质量检查阈值:计算中央条纹区采样点绝对值的累加和，该累加和加上一根据仪器设计和反演精度指标确定的常数偏移量，作为干涉图质量检查阈值。累加操作使用带位扩展累加器实现，以防止可能的溢出；4.傅里叶变换:利用快速傅里叶算法计算中央条纹区对应复数光谱；5.带内光谱相位:根据采样定理和仪器工作波段确定有效光谱波段，利用CORDIC算法计算带内光谱采样点相位；6.带内光谱相位均值:利用累加移位方式计算带内光谱采样点的相位均值7.相位检测:利用预定义相位检测阈值检查带内光谱相位均值,如超过,则认为该参考干涉图异常，给出干涉图异常标志，并重新选定参考干涉图，重复上述步骤1-6。否贝U，将该相位均值设为参考相位，该干涉图作为参考干涉图；然后对待叠加干涉图进行相位对齐处理:1.零光程差点检测:首先由硬件方法确定零光程差点的大致位置，然后使用软件方法找到最大值点，以该点做为傅里叶变换中心点和干涉图叠加参考点；2.提取中央条纹区:以零光程点为中心点，按预定义点数提取中央条纹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干涉数据实时叠加均值方法，其特征在于包括以下步骤：一、获取参考干涉图顺序选取同一观测目标连续获取的多幅待叠加干涉图的第二幅干涉图作为叠加均值处理参考干涉图，其处理及相关检测阈值建立流程如下：1?1零光程点检测：使用硬件和软件结合方式确定采样干涉图零光程差点，以该点作为傅里叶变换中心点和干涉图叠加参考点；1?2提取中央条纹区，即以零光程点为中心的小段双边干涉图：该区域包含丰富光谱信息，可用于相位检测及干涉图质量检查；1?3干涉图质量检查阈值：计算中央条纹区采样点绝对值累加和，该累加和加上一常数偏移量，作为干涉图质量检查阈值；1?4傅里叶变换：计算干涉图中央条纹区对应复数光谱；1?5带内光谱相位：根据采样定理和仪器工作波段，提取有效光谱带内复数光谱，计算带内光谱相位；1?6带内光谱相位均值：计算带内光谱采样点的相位均值；1?7相位检测：根据仪器设计和性能指标确定预定义相位检测阈值，若步骤1?6中计算的带内光谱相位均值大于该阈值，则舍弃该参考干涉图，给出干涉图异常标志，并重新选定参考干涉图，重复上述步骤1?1至1?7；否则，将该相位均值设为参考相位，该干涉图作为参考干涉图；二、其他待叠加干涉图处理2?1零光程点检测：使用硬件和软件结合方式确定采样干涉图零光程差点，以该点作为傅里叶变换中心点和干涉图叠加参考点；2?2提取中央条纹区：该区域包含丰富光谱信息，可用于相位检测及干涉 图质量检查；2?3干涉图质量检查：计算中央条纹区采样点绝对值累加和，若该值明显大于干涉图质量检查阈值，则认为该干涉图存在异常，给出干涉图异常标志，将其从待叠加干涉图序列中剔除，并开始下一幅待叠加干涉图处理；2?4傅里叶变换：计算干涉图中央条纹区对应复数光谱；2?5带内光谱相位：根据采样定理和仪器工作波段，提取有效光谱带内复数光谱，计算带内光谱相位；2?6带内光谱相位均值：计算带内光谱采样点的相位均值；2?7相位检测：若步骤2?6计算的带内光谱相位均值大于相位检测阈值，则认为该干涉图存在异常，给出干涉图异常标志，将其从待叠加干涉图序列中剔除，从步骤2?1重新开始下一幅待叠加干涉图处理；2?8参考干涉图质量评估：如果步骤2?3和步骤2?6中检出异常干涉图超过一定数量，则重新选定参考干涉图，并重新开始上述处理流程；2?9相位对齐：计算待叠加干涉图带内光谱相位均值和参考相位之差作为相位对齐因子，然后对该待叠加干涉图与参考干涉图做相位对齐处理；三、干涉数据叠加均值对剩余待叠加干涉数据按步骤2?1至2?9依次进行处理，最后将同一观测目标经相位对齐处理的多次连续测量获取的干涉图和参考干涉图一起进行叠加均值处理，最终获得均值干涉图。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘加庆，丁雷，彭卫，谭婵，侯义合，刘宇轩，朱学谦，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：