改进的小波变换用于处理FBG信号

解调系统是光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的核心。信号去噪和峰值搜索是影响FBG传感系统精确解调的两个重要因素。为提高测量精度,文中针对传统方法存在的缺陷,提出了一种新的FBG波长解调方法,此解调方法由一种改进的去噪方法与高斯拟合寻峰算法组成。采用平移不变量小波与文中提出的改进阈值和改进阈值函数相结合的方法来处理FBG含噪信号;然后采用高斯拟合寻峰算法对去噪信号作进一步解调。实验结果表明,改进阈值的平移不变量小波能处理不同的FBG含噪信号,该方法获得的信噪比和均方差性能优于传统小波阈值去噪法以及其他改进的小波去噪法;该改进小波的波长解调方法测量的峰值误差低于1pm,比常用的波长解调方法具有更高的测量精度。

利用改进邻域小波系数处理FBG传感信号

阈值和阈值函数的选取是小波去噪的关键。经小波分解变换后,低频部分包含大量的有用信号,而噪声分布于整个小波域内的高频部分,其中包含少数有用信号的细节信息。采用固定阈值和阈值函数处理时会造成高频部分的有用信号细节信息丢失。基于邻域小波变换将分解层数引入阈值和阈值函数中,使用动态阈值和阈值函数处理不同分解层数下的小波系数,来保留不同层数下的细节信息。仿真结果表明所提方法的信噪比和信噪比增益最大,且均方差最小,相关系数逼近于1,原始信号与重构信号相似度得到提高,改善了去噪效果。

改进的多原子匹配追踪算法处理FBG信号

针对光纤布拉格光栅（FBG）传感信号难以去除噪声干扰及信号丢失问题,采用压缩感知（CS）对传感信号进行处理。CS重构算法多是以稀疏度已知为先验条件,提出稀疏度确定方法,结合二次正交匹配追踪（TOMP）算法和广义正交匹配追踪（GOMP）算法提出广义二次正交匹配追踪（GtOMP）算法,确定每次迭代选择原子个数及迭代次数。首先计算相关系数,归一化后按降序排列,并结合饱和值的方法确定稀疏度,利用平稳度找出每次迭代所选择的原子个数,最后利用本文方法对FBG信号进行重构。实验仿真表明,与同类的TOMP算法相比,本文算法不仅运行时间大大减少,而且降低了6~20%的重构误差;与其他不同类算法相比,本文算法重构信号的信噪比（SNR）提高27dB以上。

三维编织复合材料健康检测的FBG传感器信号的阈值去噪优化

传统小波变换算法在三维编织复合材料健康检测的FBG传感器信号中无法对噪声进行很好的消除,本文针对这一问题,提出了基于阈值优化的小波变换算法,首先采用采用折衷阈值法构建小波系数估计器,然后利用构建的小波系数估计器对偏差进行优化,从而达到更好的去噪效果。实例仿真试验结果表明,在对光谱仪测得的FBG反射谱的去噪中,本文提出的基于阈值优化的小波变换算法去噪效果更好。

一种小波阈值去噪在FBG解调中的改进方法

FBG（光纤布拉格光栅）传感系统的解调过程中,噪声的存在严重影响了系统的精度.为提高系统的测量精度,去噪是解调中不可或缺的环节,在传统小波阈值去噪算法中软、硬阈值函数以及现有文献所设计阈值函数的研究基础上,构造了一个新的阈值函数,该函数对噪声的处理具有更好的效果.对含噪FBG反射信号的去噪实验表明,新构造的阈值函数比传统的软、硬阈值函数信噪比平均提高3-5dB,均方根误差平均降低0.1-0.3.最后将提出的方法运用到FBG 传感测温系统中,证明了该方法的可行性,并且可使解调精度小于5pm,满足FBG传感系统的精度要求.

用于光纤传感的改进变分模态分解-DWT算法

大容量FBG传感网络解调系统中,信号去噪是影响FBG传感系统精确解调的重要因素。为了提高解调精度,本文提出一种以改进变分模态分解结合可调节半软阈值方法用于处理光纤信号。变分模态分解(VMD)将输入的信号分解为给定数量K个固有模态数(IMF),设置错误的K值会导致性能下降。本文在VMD的基础上添加4条约束条件,使其自适应的选取K值并减少了VMD的计算量,然后用新阈值函数进行去噪处理,最后通过温度测试实验,得到波长与温度的线性相关系数,评估性能与应用价值。实验结果表明,本文函数在连续性以及信号还原度均取得良好的效果。信噪比(SNR)相比于传统软、硬阈值平均提升了6.0162 dB、13.0003 dB,均方根误差(RMSE)平均降低了0.0442、0.1487。温度测试实验中温度与波长的线性相关系数为0.9992,能满足实际工程需求。

利用改进阈值的平移不变量小波处理FBG传感信号

噪声是影响光纤布拉格光栅(FBG)传感系统精确解调中心波长的一种重要因素。小波变换因具有良好的时频特性和多分辨率特性而去噪性能较好。本文通过分析小波传统软、硬阈值去噪方法,发现它们存在影响系统的测量精度缺陷,并且其函数表达式有难以确定的可调因子。提出一种不含调节因子的改进阈值函数并将这种改进阈值与平移不变量(TI)小波去噪法相结合处理FBG传感信号噪声,以提高传统小波去噪法的去噪效果。对FBG模拟信号与实验信号去噪,结果表明,采用基于改进阈值的TI小波能处理不同FBG含噪(从5dB到40dB)信号,且获得最好的信噪比(SNR)和均方根误差(RMSE)性能。与传统软阈值去噪法相比,信噪比平均提高3dB,与参考的改进阈值去噪法相比,信噪比平均提升2dB,满足提高FBG传感系统测量精度的要求。

利用改进的稀疏表示处理FBG传感信号

基于压缩感知（CS）的正交匹配追踪（OMP）算法,须以稀疏度确定为先验条件,在实际应用中稀疏度不易确定的情况下,本文提出了稀疏度确定方法和二次正交匹配追踪（TOMP）算法。先引入熵权法采用多指标融合并结合饱和值点法确定稀疏度,然后利用所提方法对实验信号进行重构。实验仿真结果表明：与同类算法相比,本文所提TOMP算法增加0.1s运行时间降低了12-22%的重构误差,更好折中处理了重构误差和时间;与不同类算法相比,本文所提方法重构的信号信噪比（SNR）最大可提升22dB,且均方根误差（RMSE）降低0.7,因此去噪效果更优。

一种环境自适应的光纤传感网络自修复方法

为有效提高光纤传感网络自修复效果,提出一种环境自适应的光纤传感网络自修复方法。依据光纤传感网络自我监测需求,构建由传感层和数据处理层组成的环境自适应的光纤传感网络智能监测结构,数据处理层利用随环境变化而自行切换调整的光开关策略,与自修复结构中多主体之间进行相互协作,实现对失效FBG传感信号的监测和自修复,并通过自修复数学分析详细剖析光纤传感网络的自修复过程。仿真实验结果表明,该方法具备更好的光纤传感网络监测和自修复能力,修复后的光纤传感网络流量通行能力较强,中间无阻碍流量通行的链路和节点故障,通行过程顺畅,链路故障修复平均耗时仅为1.03 ms。