光学渐晕效应存在于大部分光学成像系统,严重影响成像质量。如何有效改善光学渐晕效应是航天光学遥感器设计的要点。采用辐射定标方法量化成像系统中光学渐晕效应的影响,并获得校正系数。采用多项式拟合方法对校正系数进行优化,拟合后校正系统减少约3个数量级,大大降低了对嵌入式系统存储资源的需求。通过多项式拟合方法有效减少了校正系数,对光学渐晕效应改善效果良好,校正前相机的非均匀性误差为13.2%,校正后非均匀性误差降至3.8%,满足一般成像系统对响应非均匀性的要求。该方法校正系数少,适合在基于FPGA处理器中实现,实时性强,资源占用少,具有工程实用价值。
信息处理 折反式光学系统 光学渐晕效应 二次多项式拟合 information processing refractive and reflective optical systems optical vignetting effect quadratic polynomial fitting FPGA FPGA
华北电力大学 电气与电子工程学院, 河北 保定 071003
基于布里渊散射的分布式光纤传感中温度和应变与布里渊频移成线性关系, 为了提高温度和应变测量的准确性, 提出了一种改进的二次多项式拟合算法用于提取布里渊频移。该算法分为两步: 首先使用一种改进的中值滤波算法对含噪布里渊谱信号进行预处理, 以提高增益峰值定位的准确性; 然后截取围绕峰值左右对称的一个线宽的原始布里渊谱进行二次多项式拟合以实现布里渊频移的高精度提取。以布里渊频移误差及峰值定位准确性作为衡量指标, 比较研究后确定同一频率下所有空间点对应的布里渊增益作为滤波器的输入。研究了不同扫频间隔和信噪比及不同滤波窗长下改进算法的效果, 同时研究了最优窗长的选择问题。结果表明, 不同信噪比和扫频间隔下改进算法均能有效提高布里渊频移提取的准确性。随窗口长度增加布里渊频移误差先减少后增加, 在扫频间隔为1~10MHz、信噪比为0～40dB情况下, 通用的最优窗长为53~163。
光纤分布式传感 布里渊频移 二次多项式拟合 中值滤波 去噪 distributed optical fiber sensing Brillouin frequency shift quadratic polynomial fitting median filtering denoise
1 成都信息工程大学大气科学学院, 四川 成都 610225
2 高原大气与环境四川省重点实验室, 四川 成都 610225
3 成都市环境保护科学研究院, 四川 成都 610072
分别以干燥环境下的平均单位质量气溶胶消光系数和湿环境下烘干气溶胶的散射消光系数为基准,提出了与之对应的两种气溶胶消光吸湿增长因子f1(RH)和f2(RH)。基于成都市2017年10—12月浊度仪和黑碳仪的逐时观测资料以及该时段同时次的环境气象监测数据(大气能见度、相对湿度以及NO2和PM10的质量浓度),针对上述两种气溶胶消光吸湿增长因子进行了系统的对比分析。主要结论如下:1)f1(RH)和f2(RH)均能表征气溶胶吸湿性的光学效应,二者的判决系数为0.90(通过了α=0.01的显著性检验);2)多模型的比对结果表明,二次多项式函数较好地拟合了f1(RH)和f2(RH)随相对湿度的变化特征;3)f1(RH)和f2(RH)的均值之比随相对湿度的增加而增大。进一步研究指出,烘干气溶胶的散射消光系数对相对湿度变化的显著响应关系是导致f1(RH)和f2(RH)非一致性演化的根本原因。
大气光学 气溶胶消光 吸湿增长因子 判决系数 二次多项式函数 非一致性 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090103
华北电力大学电气与电子工程学院, 河北 保定 071003
为了在保证测量准确性的基础上提高基于布里渊散射的光纤分布式传感的实时性, 对布里渊频移的快速、 高精度提高算法进行了研究。 实现了基于二次多项式拟合的布里渊频移提取算法和典型的基于洛伦兹、 高斯、 伪Voigt和Voigt模型的算法, 采用光时域反射计(BOTDR)实测了一段长光纤上的布里渊谱, 采用以上算法提取了对应的布里渊频移。 计算结果表明, 二次多项式拟合算法的计算速度明显快于以上经典算法, 其计算耗时仅分别为以上经典算法的1.15%, 1.80%, 1.51%和0.51%, 但计算误差明显大于经典算法, 影响了其实际应用。 以上结果与对应数值产生布里渊谱的计算结果吻合。 为了提高该算法的计算准确性, 系统研究了扫频范围、 扫频点数、 信噪比、 线宽和扫频范围偏差对基于二次多项式的布里渊频移提取准确性的影响。 结果表明: 当扫频点数固定时随扫频范围增加布里渊频移误差先减少到最小值后逐渐增加, 扫频点数固定时最佳扫频范围为1个线宽; 扫频范围不变时随扫频点数和信噪比的增加布里渊频移误差分别成幂和指数规律减少; 扫频范围与线宽比值不变及扫频点数不变时随线宽增加布里渊频移误差线性增大; 随扫频范围偏差增加误差逐渐增大, 实际用于拟合的谱信号尽量围绕布里渊频移左右对称。 根据以上研究结果提出了一种用于布里渊频移快速提取的改进二次多项式拟合算法, 该算法从测量得到布里渊谱中截取1倍线宽且关于最大增益对称的谱信号用于后续拟合, 较之经典的谱拟合算法, 改进算法不仅能大幅提高计算速度且计算准确性与经典算法相似。 采用数值产生及实测布里渊谱的计算结果验证了所提出算法的有效性。 提出的算法不仅能有效提高基于布里渊散射的光纤分布式传感的实时性。
布里渊散射 光纤分布式传感 布里渊频移 二次多项式 快速 影响因素 Brillouin scattering Fiber distributed sensing Brillouin frequency shift Quadratic polynomial fit Less computational burden Influencing factors
1 河南大学 物理与电子学院 物理与电子国家级实验教学示范中心， 河南 开封 475001
2 北京邮电大学 电子工程学院， 北京 100876
光纤光栅温度传感器的增敏封装技术是促进其工程化的关键，其中增敏材料的参数特性决定了传感器的精度。讨论了奥氏体不锈钢304材料的热膨胀系数特性，研究了其热膨胀系数随温度变化的关系，分析了线性热膨胀系数对光纤布拉格光栅（FBG）温度传感公式的影响，提出用二次多项式拟合方法修正开槽钢柱封装的FBG温度系数，并搭建系统进行了实验验证。结果表明：同一温度下，实测的传感器中心波长值与采用固定热膨胀系数下的波长值相差较大，且温度越高二者差值越大，100℃时达0.075nm，温度偏差2.58℃；而实测中心波长值与采用线性热膨胀系数下的中心波长值基本一致，二者的二次多项式拟合优度达0.9999。因此，考虑封装材料的热膨胀系数变化特性，采用二次拟合方法将大大提高传感器的测量精度，适用于对温度传感精度要求较高的场合。
光纤光栅 热膨胀系数 二次多项式 温度传感 fiber grating thermal expansion coefficient quadratic polynomial temperature sensing
中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳 621999
在大型固体激光器结构稳定性设计中，数值模拟结果是结构稳定性设计的主要依据，故数值模拟的可信度至关重要。为了评估装置稳定性计算结果的可信度，基于现代模型验证与确认技术中关于不确定性源的量化及传播分析方法、模型形式误差与预测推断的叠加方法研究，对靶球结构的最大位移响应进行了预测推断。稳定性分析中为了快速进行不确定性参数的传播和灵敏度分析，使用二次响应面模型作为代理模型，灵敏度分析结果表明模态阻尼比对靶球结构的稳定性影响更大。对关心量的稳定性预测结果表明，靶球结构最大位移响应的上界与稳定性设计指标相比，安全裕度仍大于7，说明主机装置的稳定性设计具有足够的可信度。
激光器结构稳定性 主机装置 模型形式误差 二次响应面模型 stability of high power laser facility Shenguang-Ⅲ laser facility model form error quadratic polynomial response surface model 强激光与粒子束
2015, 27(11): 112003
北京理工大学 机械与车辆学院激光微纳制造研究所, 北京 100081
为了提高光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器的测温精度,提出了一种新型的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器的封装方法,并采用二次多项式拟合的方式标定该温度传感器.新的封装方法可以消除FBG温度传感器存在的应力交叉敏感,新的标定方式可以极大地提高光纤温度传感器的测温精度.通过对比光纤温度传感器的线性拟合和二次多项式拟合测温结果,表明这种封装方法结合二次多项式标定使得光纤温度传感器具有很好的稳定性和重复性.在0℃～80℃的温度范围内,曲线拟合度在0.9999以上,测温误差不超过0.13℃,能够满足实际工程应用的需求.
光纤光栅 温度传感器 二次多项式拟合 FBG temperature sensor quadratic polynomial fitting
