脉冲激光放大系统信噪比提升方法及比较

现代科技发展进程中,"激光"作为科技成果代表之一,被广泛运用于各行各业之中。但在脉冲激光的实际应用过程中,却因为"脉冲激光信噪比低"这一问题,使得基于激光的科研项目的进展相对较慢,同时科研成果产出也相对较少。如何有效提升脉冲激光的信噪比,进一步提高数据质量,是当前激光研究与发展的关键问题所在。文章将主要针对当前研究界关于"脉冲激光放大系统的信噪比提升方法"这一领域的研究现状进行简要分析,同时对基于高阶色散、自位相调制以及光栅平整度这三种主要变量的信噪比提升方法进行研究。

稀疏表示噪声抑制算法提升BOTDR系统信噪比的研究

针对布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统信噪比低的问题,利用三维布里渊增益谱(3D-BGS)内部存在的相似性及冗余性,提出基于稀疏表示的BOTDR信噪比提升算法。通过分析稀疏表示基本原理和3D-BGS的空间域相似性,可知随机噪声能够在稀疏重构过程中作为残差被丢弃,阐明了降噪算法的可行性。利用离散余弦变换(DCT)构建初始字典,同时采用K-奇异值分解(K-SVD)和正交匹配追踪(OMP)算法进行字典及系数矩阵更新,进而实现三维布里渊增益谱(3D-BGS)的重构和降噪。仿真结果分析表明,当添加10 dBm高斯白噪声时,信噪比提升了5.26 dB。研究证明,稀疏表示算法为应用图像处理方法提高BOTDR系统信噪比供了新的思路及理论依据。

低信噪比下基于DAF的LFM信号参数估计新方法

提出了一种基于序列重组提升输入信噪比,然后利用离散模糊函数(DAF)估计LFM信号参数的新方法。该方法在不增加采样数据的点数,从而保证实时处理的前提下,可以提高参数估计的精度,同时降低正确估计对输入信噪比的要求。该文对所提方法的基本原理及估计性能进行了理论分析,并通过仿真实验验证了方法的有效性。

用于被动声纳微弱目标检测的宽带最大信噪比方法

本文尝试利用匹配场处理中的能量匹配思想,对阵列波束形成进行优化,用于解决水下目标被动声纳微弱信号检测问题。首先,本文对比了基于线性非相干、MVDR非相干、线性相干和MVDR相干四种匹配场处理器的检测方法的性能,之后分析推导了线性非相干处理器的输出信噪比和输出功率,得出了在声源频谱起伏增大时线性非相干处理器的检测能力会下降的结论。为了得到更高的输出信噪比,本文提出了最大信噪比处理器,在理想情况下可以在处理带宽上达到最高的输出信噪比。最大信噪比处理器没有通过归一化消除声源的影响,而是利用声源频谱的估计值和拷贝场直接对接收数据进行匹配。本文证明了最大信噪比处理器的检测能力优于线性非相干处理器,并且通过仿真实验进一步验证了这个结论。

信噪比的不同定义及对调制识别性能评估的影响

信噪比是信号分析处理与不同方法性能对比中最常用的性能评估要素之一,也是工程应用中统一尺度衡量标准的重要参考。针对这一概念,从不同应用背景出发,讨论了信号的带内功率信噪比、全频段功率信噪比、能量信噪比等不同定义,阐述了它们的特点及其相互之间的关系。在此基础上指出了信号积累与信噪比提升的工程上限。并针对调制识别应用,专门分析了不同的信噪比定义对调制识别性能评估所产生的影响。上述研究结果不仅为合理正确地构建调制识别性能评价准则指明了方向,而且为信噪比概念在工程中的准确有效应用提供了重要参考。

本振激光强度调制激光外差光谱遥测技术研究

针对当前用于大气温室气体柱浓度/廓线探测的信号光强度调制激光外差探测方法存在的信光损失,与本振激光波长调制激光外差探测方法存在的光谱反演模型复杂这两个问题,提出了基于本振激光强度调制的激光外差探测方法。对此,结合平衡探测技术,搭建了1套以1.571μm窄线宽半导体激光器作为本振光源的双通道平衡外差光谱探测系统,开展系统性能分析以及大气CO_(2)柱总量测量研究。区别于已有文献报道的激光外差光谱探测方法,系统采用光开关对本振激光进行强度调制,利用平衡探测技术消除本振激光强度背景噪声的影响。结果表明,相比传统的信号光强度调制激光外差探测方法,该方法能够将外差信号信噪比提高3.7倍,对应的CO_(2)柱总量测量精度提升3.36倍。以上研究表明,基于本振激光强度调制的激光外差探测方法能够有效的提高激光外差光谱探测系统性能。

基于块匹配三维滤波算法的长距离BOTDR系统研究

长距离布里渊光时域反射仪(BOTDR)存在光信号衰减较大、信噪比较低的问题,致使待测光纤信号功率极弱处所测得的布里渊频移(BFS)波动幅度及噪声明显增大。采用块匹配三维滤波算法(BM3D)对BOTDR测量信号进行降噪以提升系统测量精度。阐述了BOTDR信号特征,分析了基于BM3D的BOTDR降噪原理,搭建了基于后向拉曼放大方法的长距离BOTDR系统,并在100 km传感光纤上进行了实验验证。研究结果证明,在20 m空间分辨率及100次累加平均次数下,BM3D算法降噪前后光纤全段BFS波动幅度由±15.761 MHz降至±2.276MHz,均方根误差(RMSE)由6.477 MHz降至1.028 MHz。同时,降噪后光纤全段BFS波动幅度分布平滑,有效抑制了信噪比较低处BFS波动的大幅增加,进一步证明了该算法的有效性。