In this paper, a novel pulse interference filter for fiber Bragg grating (FBG) interrogation based on the tunable Fabry-Perot (F-P) filtering principle is proposed and experimentally demonstrated. The self-developed FBG interrogation system is devised for the aircraft health management of key structures. Nevertheless, the pulse interference is detected in the reflection spectrum of FBG causing interrogation system unstable. To address the problem, the first-order lag pulse broadening filter is proposed in this paper. The first-order lag filter is applied to preprocess and smooth the original signal, meanwhile enhancing the signal-to-noise ratio (SNR). Afterwards, peaks of reflection spectrum are distinguished with pulse interference by pulse broadening. Experimental results indicate that 634 peaks are detected before adopting the first-order lag pulse broadening filter. Comparatively, the number of peaks decreases to 203 after filtering the interference pulse, and the correct rate of peak detection is higher than 98.5%. Through the comparison with the finite impulse response (FIR) filter, the advantage of first-order lag filter is proved. The vibration monitoring experiment demonstrates that this system has high dynamic precision with a dynamic interrogation range of 0 Hz–400 Hz, and the maximum repetition rate of 800 Hz.

导引头对目标视线角速度的准确测量是导弹实现比例导引律的前提条件。对于速率陀螺稳定平台式导引头,由于速率陀螺固有的高频电噪声以及搭载平台的随机扰动,会导致导引头输出信号存在大幅随机噪声,无法实现视线角速度的准确测量。通过实验研究了一种搭载飞艇使用的电视导引头测量数据的滤波方法。基于对导引头原始输出数据的分析,获得随机扰动的特征频率,采用相应截止频率的低通滤波器对导引头输出数据进行数字滤波,有效滤除了陀螺高频电噪声和源自搭载平台的低频噪声,实现了对视线角速度的准确测量。

为了使光收发模块发射光波长稳定, 突破现有半导体激光器温控系统大都采用模拟器件实现的常规设计, 提出了一种基于数字滤波方式的控制方案, 采用数字信号处理方式, 以固件形式实现了半导体激光器温度控制。通过理论分析和实验验证, 取得了采用该方案的光收发模块在应用温度范围内的发射波长变化数据。结果表明, 该系统性能稳定, 温度控制精度达±0.053℃。

激光跟踪仪是一种用于大尺寸空间精密几何坐标测量的重要光学测量仪器。PSD是激光跟踪仪实现对合作目标精密跟踪的脱靶量传感器件, 其探测精度直接影响跟踪测量性能。首先, 简要介绍了激光跟踪测量系统及基工作原理, 然后根据系统需求提出了脱靶量精密探测方案。重点讨论了I/V变换、信号放大、滤波、参数匹配等硬件设计方法以提高PSD输出微弱电流信号的稳定性, 研究提出了基于FPGA和有限状态机的去极值平均滤波算法和扩展除法运算算法分别用于降低噪声干扰与提高测量精度; 数据表明在4mm×4mm的区域内脱靶量探测稳定度优于±2μm。采用该方法实现激光跟踪仪对合作目标的动态跟踪, 很好地满足了激光跟踪仪的精密快速跟踪需要。

为了获得细胞图像,利用Visual Studio C#开发了移动位移平台的控制程序,使用位移平台单点扫描的方式设计激光共聚焦扫描显微镜(laser confocal scanning microscope,LCSM)。为了获得高分辨率的位移,位移由精度可以达到1 nm的压电陶瓷驱动器驱动。设计了梳状和矩形两种扫描路径,通过程序设计位移补偿的方法弥补了机械运动的偏差。利用算术平均值的数字滤波方法处理数据采集卡采集的数据以减小随机噪声的影响。实验结果证明,利用C#程序控制的单点式平台扫描LCSM具有较好地测量效果。

给出了集成光学高压脉冲电场传感系统的工作原理, 使用1.2μs/50μs高压脉冲信号作为信号源对传感系统进行测试。分析了探测到的信号中噪声的主要来源: 包括传感器电极、天线及封装外壳等寄生元件产生的寄生振荡, 以及含光源、光电探测器引入的电路噪声等。采用快速傅里叶变换(FFT)对信号源和探测到的信号进行频谱分析, 得到信号源主要集中在0~160kHz范围内, 噪声频率主要集中在大于160kHz范围内。使用基于FPGA的频域数字滤波法对探测到的信号进行去噪声处理, 结果表明信号源与被探测信号的均方误差由在滤除噪声前的20.4277降为滤除噪声后的1.8678。

介绍了可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)原理和实验系统, 并对系统噪声进行了分析; 以体积比浓度为90×10-6和30×10-6的NH3为例, 利用TDLAS系统采集了该浓度气体的二次谐波原始光谱。 为改善光谱信号, 分别用五种数字滤波方法对原始光谱进行了滤波处理比较, 做了NH3的浓度梯度实验并对浓度为20×10-6 NH3进行了长时间监测实验。 实验结果表明, 算术平均-小波变换滤波相比其他方法更有效地对原始光谱信号进行了改善, 提高了系统信噪比和信号平滑度, 使系统浓度检测限由原来的10×10-6降低到1.25×10-6, 信噪比提高了约14倍, 为逃逸氨极低浓度检测提供了一种较为有效的数据预处理方法。

基于数字滤波技术，提出了获取物体反射光谱数据立方体和光谱响应曲线的主动式新型高光谱成像系统。对传统WDF型瓦兹渥斯反射式单色仪进行了改装，在入射光一定的情况下，增大出射光通量，提高了照射在物体表面的光强。利用数字滤波方式代替光学窄带滤波器，解决了多个光学滤光片不能连续可调和其他滤波器成本高的问题，建立了波长连续可调，带宽可调的高光谱成像系统。针对系统的特点和采集方式，提出了适当的定标方式，其波长误差＜2 nm。得到了绿色树叶效果良好的光谱数据立方体和响应曲线，表明提出的系统适用于实验室中小视场内的光谱成像测量研究。

激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声，它是影响激光陀螺精度的重要因素，采用数字滤波的方法可以减小随机漂移对激光陀螺精度的影响。采用常见的“AR(2)模型”、“卡尔曼滤波”、“小波分析”和“小波包分析”这四种数字滤波方法对激光陀螺的随机漂移进行分析研究，并利用功率谱和Allan方差的分析方法对这几种滤波效果进行了比较。仿真结果表明，对于激光陀螺的随机漂移的滤除，基于AR模型的卡尔曼滤波法的效果最好，基本上消除了陀螺的随机误差，而小波分析法和小波包分析法只能在一定程度上消除高频段的漂移。所得结果对激光陀螺的应用有较好的参考价值。

在数字X线摄影中,散射-眩光造成了图像对比度的下降,为了提高数字X线图像的质量,本方法使用曝光参数和图像灰阶值对图像中的每个像素确定等价的有机玻璃厚度,然后在像素-像素的基础上使用厚度信息估计散射-眩光强度.这里我们把60kV和80kV两种参考状态进行线性组合求校正系数,避免了片面性.为了测试本方法估计散射-眩光强度的能力,把它应用在对志愿者胸部所拍摄的图像中,并获得了一定的结果.本方法为解决数字X线图像中的散射校正问题提供了一种有效的手段.