1 中国地质大学 机械与电子信息学院，武汉 430074
2 中国信息通信科技集团有限公司 光纤通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
【目的】高速无源光接入网络中存在光纤色散、非线性损伤和带宽限制等问题，导致传统强度调制和直接检测技术的功率预算损失较高，难以满足高速无源光接入网络的要求。
【方法】为了更好地提升强度调制和直接检测光接入系统的速率和性能，文章在Volterra判决反馈均衡器（VDFE）的基础上，研究了基于递推最小二乘估计（RLS）算法的VDFE-RLS信道均衡方法。该均衡器采用RLS算法对其中的抽头系数进行更新。该均衡器包含了一、二、三阶Volterra级数，其中一阶Volterra级数对线性损伤进行补偿，二阶和三阶Volterra级数能够对非线性损伤进行补偿。文章将该均衡器应用于经过20 km传输后的单波长为200 Gbit/s的O波段强度调制和直接检测技术的下行光接入系统中。
【结果】实验结果表明，RLS算法相比传统的最小均方（LMS）算法在均衡器中表现出来的性能更好。此外，VDFE-RLS可以实现>29 dB的功率预算。VDFE-RLS相比于传统的基于Volterra的前馈均衡器（VFFE），当VDFE-RLS和VFFE-RLS均衡器长度相同时，可以实现2.2 dB功率预算的提升。当VDFE-RLS的均衡器长度为VFFE-RLS的一半时，前者相比后者仍可以提升0.5 dB的功率预算。
【结论】文章所述系统相比其他传统系统在能够缩短均衡器长度的同时，能提高系统的功率预算，还能最终恢复出准确度较高的信号。
Volterra判决反馈均衡器 递推最小二乘估计 Volterra级数 自适应滤波算法 VDFE RLS Volterra series adaptive filtering algorithms 光通信研究
2024, 50(1): 23013601
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Microwave Photonics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
High accuracy and time resolution optical transfer delay (OTD) measurement is highly desired in many multi-path applications, such as optical true-time-delay-based array systems and distributed optical sensors. However, the time resolution is usually limited by the frequency range of the probe signal in frequency-multiplexed OTD measurement techniques. Here, we proposed a time-resolution enhanced OTD measurement method based on incoherent optical frequency domain reflectometry (I-OFDR), where an adaptive filter is designed to suppress the spectral leakage from other paths to break the resolution limitation. A weighted least square (WLS) cost function is first established, and then an iteration approach is used to minimize the cost function. Finally, the appropriate filter parameter is obtained according to the convergence results. In a proof-of-concept experiment, the time-domain response of two optical links with a length difference of 900 ps is successfully estimated by applying a probe signal with a bandwidth of 400 MHz. The time resolution is improved by 2.78 times compared to the theoretical resolution limit of the inverse discrete Fourier transform (iDFT) algorithm. In addition, the OTD measurement error is below . The proposed algorithm provides a novel way to improve the measurement resolution without applying a probe signal with a large bandwidth, avoiding measurement errors induced by the dispersion effect.
optical transfer delay measurement time resolution enhancement incoherent OFDR adaptive filtering Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013901
中国人民解放军63963部队, 北京 100072
受限于材料和制造工艺, 红外图像中普遍存在着条纹非均匀性, 其严重影响了图像的成像效果, 进而对后续的目标识别、检测等工作造成干扰。典型的最小均方误差(LMS)算法在一定程度上可以抑制条纹非均匀性, 但其场景适应性差, 存在拖尾和“鬼影”现象。提出一种改进型的最小均方误差(LMS)自适应滤波算法对图像进行处理, 利用双边滤波和最速下降法快速获取准确的校正参数, 将前一帧算出的校正结果作为后一帧的初始输入值, 提升算法的准确性, 同时算法还增加了边缘检测模块以保留图像细节。采用不同场景下非制冷型探测器的真实红外图像, 从主观和客观两个方面对比了本算法和经典LMS算法, 结果表明, 提出的算法可以很好地保护图像细节, 也具有良好的场景适应性。
红外图像 条纹非均匀性 最小均方误差 边缘检测 自适应滤波 infrared thermal image stripe nonuniformity least-mean-square error edge detection adaptive filtering
1 北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室, 北京 100000
2 北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100000
针对传统滤波算法中忽视了误差方程中的高阶量所引起的导航结果不够准确的问题, 提出了一种改进ESKF算法, 将基于误差状态建模的滤波算法同EKF相结合。针对组合导航的鲁棒性与适应性, 提出了一种将卡尔曼滤波算法与自适应滤波算法相结合的滤波算法, 并进行仿真验证。仿真结果表明: 当组合导航系统受到较大扰动时, 改进算法较传统滤波算法使组合导航系统在经度精度上提高了49.48%, 纬度精度上提高了34.21%,有效提高了组合导航系统的精确性和鲁棒性。
组合导航 惯性导航 卡尔曼滤波 自适应滤波 integrated navigation inertial navigation Kalman filtering adaptive filtering
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210949
1 贵州大学大数据与信息工程学院，贵州 贵阳 550025
2 西安现代控制技术研究所，陕西 西安 710065
针对光纤陀螺传统滤波方法降噪效果欠佳的问题，提出了一种基于递归最小二乘(RLS)自适应滤波的光纤陀螺实时降噪技术。根据RLS自适应滤波原理，基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了一种新的实现RLS自适应滤波的交替存储乘累加流水线结构。实验结果表明，该结构能在较高频率下实现光纤陀螺输出信号的RLS自适应滤波实时降噪。相比较于传统的最小均方(LMS)自适应滤波，RLS自适应滤波有效降低了光纤陀螺输出信号中的噪声含量，陀螺精度提高约50%，相位延迟降低约30%。该研究对光纤陀螺的性能提升具有一定的实用价值。
光纤光学 光纤陀螺 自适应滤波 实时降噪 Allan方差 中国激光
2022, 49(21): 2106004
1 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学光电工程学院, 重庆 400044
3 重庆大学机械与运载工程学院, 重庆 400044
针对现有非局部均值算法降噪后的计算机断层扫描(CT)图像仍存在边缘模糊、细小特征信息消失等问题,提出一种特征融合的自适应非局部均值降噪方法。首先对中心像素进行相似性判断以排除非相似像素加权对降噪效果的影响;然后从相似框矩阵最大特征值与像素间欧氏距离方面考虑图像的自相似性,提出一种特征融合的高斯加权方法;基于结构张量对自适应滤波系数进行上下确界约束,解决了因目前滤波系数下确界为零而影响图像质量的问题。通过仿真和实际应用证明本文算法具有更好的保边缘和细节信息效果,本文算法相较于非局部均值算法在结构相似度上平均提高了约4%,而峰值信噪比平均提高了近4 dB。
光学学报
2022, 42(11): 1134024
南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室，江苏 南京 210094
针对云雾环境对激光近程探测系统测距精度的影响，提出了一种变步长自适应滤波方法。首先结合脉冲激光近程传输理论和Mie散射理论，建立脉冲激光云雾传输后向散射模型，在此基础上甄别、分离出云雾环境下脉冲激光回波的干扰信号；然后根据干扰信号的特征，采用自适应滤波方法滤除云雾干扰回波信号，研究了云雾干扰下激光回波的脉宽、峰值和回波时刻这三种随机干扰因素对滤波性能的影响；最后在实验室云雾环境下验证了所提滤波方法的效果。结果表明：在不同的激光回波脉宽、功率以及回波时刻下，所提自适应滤波方法具有良好的滤波效果和抗干扰性能，能有效提高脉冲激光近程探测系统在云雾环境下的测距精度。
测量 脉冲激光 近程探测 云雾干扰 自适应滤波 探测精度
东华理工大学测绘工程学院，江西 南昌 330013
针对传统滤波方法对于背包点云数据在地形陡峭、植被覆盖广的复杂地区的滤波精度较低的问题，提出一种基于背包LiDAR点云多尺度渐进数字地面模型(DTM)构建方法。首先，利用最小二乘法由地面种子点拟合出DTM曲面，并构建出渐进式DTM；然后，通过多尺度形态学开运算进行地物点探测；最后，通过设定自适应滤波阈值函数实现地面点的提取。选取4组位于复杂地形区域的背包LiDAR点云数据进行实验分析，本文方法得到的平均总误差为7.88%；与3种传统的滤波算法(LAStools、MCC和CSF)进行滤波对比分析，本文方法在4个实验区域内的总误差均明显低于以上3种方法的滤波总误差。此外，本文方法不需要设置复杂的参数，能够根据地形的变化自适应地调整滤波阈值，具有较强的鲁棒性。
遥感 背包LiDAR 形态学运算 多尺度渐进方法 自适应滤波
