噪声的抑制对于相位光时域反射仪实现相位信号的精确测量至关重要。为此，在相干探测型相位光时域反射仪中采取了幅度形式噪声抑制和相位形式噪声抑制的双层处理方法，并且在“慢时间轴”和“快时间轴”两个方向上对相位形式的噪声进行抑制。首先，在正交解调时采用数字低通滤波器抑制幅度形式的噪声，以正确求解未解缠绕的包裹相位；接着，在“慢时间轴”方向上采用小波分解与重构的方法实现噪声的抑制，并借助相干探测型相位光时域反射仪相位变化线性分布的空间特征和噪声的随机性同时结合相关计算获得最佳小波分解层数；最后，在“快时间轴”方向上使用整体最小二乘的数据拟合方法进行噪声的抑制。实验结果表明：采用三重降噪得到的相位信号的均方根误差为0.17832 rad，比没有采用“慢时间轴”小波降噪的二重降噪方法降低了23.3%。这表明使用包含“慢时间轴”方向小波降噪的三重降噪方法能够实现更精确的相位信号测量。

小波去噪是效果较好的去噪算法，小波函数和分解等级的选择对去噪质量影响很大，但利用小波函数对X射线荧光光谱去噪存在优化困难。针对这一问题，提出了一种基于Russian roulette优化小波算法用于X射线光谱去噪。以土壤中Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Pb等8个重金属元素定量模型的决定系数（R²）求和为优化目标，通过Russian roulette优化策略更新小波函数和分解等级，经过设定的迭代次数后，选出实际土壤样品光谱较优的小波函数和分解等级。该方法在55个国家标准物质土壤样品的30 s测量的X射线荧光光谱进行验证，优化后8个元素的R²均有所提高，8个元素的定量模型R²之和从7.8383增大到7.8704。这将为小波去噪在X射线光谱的元素快速测量提供一种可选择的方案。

为抑制快速反射镜开机温漂，以及实现快速反射镜在设定温度条件下正常工作，设计了温度控制系统与新型控制方案，来实现对快速反射镜温度的精确控制。温控系统以单片机为核心控制元件，热电制冷器为执行元件。设计基于小波去噪的非线性比例-积分-微分自抗扰控制方案，通过基于Sigmoid个性化惯性权重的粒子群优化算法整定控制参数，进行仿真和实验。结果表明，此控制方案能有效抑制快速反射镜的开机温漂，在15~28 ℃的控温范围内，控温精度达到±0.02 ℃，可在142 s内稳定在预设温度。所设计的温控系统响应速度快、控制精度高，鲁棒性强，具有较好的应用价值。

水体含沙量监测一直是水文观测及水中建设施工的重要观测内容, 实时有效地监测水体含沙量具有重要实际价值。 传统人工测量方法效率低下, 无法实时监测, 基于超声波等仪器监测方法虽可实现水体含沙量的实时测量, 但在安全性、 稳定性和测量范围上各有缺点。 而基于光谱法进行物质含量监测的技术具有快速、 无损、 精确高效等优点, 近年来被广泛应用于各领域, 为水体含沙量在线监测技术提供新的思路与方法。 但直接透射光谱法易受光源的不稳定和外界的杂散光的干扰, 产生光谱噪声, 同时由于仪器设备的光强饱和度, 其测量量程存在限制。 基于此, 重点研究直接透射光谱噪声处理和多段标定技术, 设计了一种基于透射光谱的水体含沙量快速大量程在线监测系统。 首先基于朗伯-比尔基本定律理论分析水体含沙量与透射光强度之间的关系, 然后利用比色皿支架实验室搭建了水体含沙量监测试验系统, 配制不同含沙比例的标准溶液, 进行强度-含沙量实际相关度标定测试。 为克服光谱噪声影响, 采用小波阈值去噪算法对原始透射光谱进行预处理, 使用sym7小波基, 极小极大阈值选择规则和7次小波分解次数, 消除光谱噪声; 设置不同积分时长, 采用多段标定的方式实现了从4%到22%含沙量的大量程测量, 并在算法中实现标定函数与测量量程自动匹配。 结果表明标定曲线R平方值均在0.99以上, 线性度良好, 与理论相符合。 最后对设计的水体含沙量在线监测系统进行实际精度测试, 结果表明在大量程测量范围的测量误差均控制在0.4%以下, 全量程误差均值为0.173%, 误差标准差为0.115%, 可满足工程实际需求。 因此提出一种大量程的水体含沙量在线监测系统, 并试验验证了系统测量准确度, 可以用于水体含沙量实时在线监测。

基于多光程吸收池的可调谐半导体激光吸收光谱 (TDLAS) 系统在检测过程中容易出现噪声干扰, 影响着其实际检测性能。针对这种干扰的特征进行分析, 提出利用小波降噪法来改善 TDLAS 系统的探测性能。首先依据理论研究结果选择合适的小波函数和分解层数, 然后通过这种小波对叠加干扰的仿真信号进行滤波, 结果表明这种降噪技术具有良好的去噪效果。最后利用小波降噪技术处理了实验采集的不同浓度气体的直接吸收光谱 (DAS) 和二次谐波信号, 相比于原信号, 降噪后信号的信噪比从 0.4 增加到 259, 系统的检测限也达到 7×10-6, 表明小波降噪方法在气体光谱检测中具有较高的应用价值。

针对传统波长解调算法在光纤布拉格光栅（FBG）在线监测系统检测精度不高、效率低的问题，提出了一种基于小波降噪的FBG波长高精度解调算法。首先，对小波降噪方法处理的光谱波形进行快速运算，得到新函数。然后，获得新函数对应的中心波长。最后，搭建了一套基于垂直腔面发射激光器的FBG变压器绕组温度在线监测系统，采用小波降噪算法对波长进行解调并间接得到温度数据。实验结果表明，相比直接寻峰、多项式拟合、高斯拟合算法，小波降噪算法具有速度快、稳定性好等优点，在70~90 ℃测量范围内，测温精度达到±0.04 ℃，波长解调的最大标准差小于1.67 pm，且该算法的运行效率高于常用的高斯拟合算法，可用于工业现场环境FBG的高精度实时在线监测系统。

针对城市复杂场景,全波形回波中混有多种噪声,这对有效信号的提取产生了很大的影响。为解决这一问题,提出一种参数优化下的小波降噪算法。该算法首先根据波形特征设定5个输入参数类型,参照小波公式和一维降噪函数重构回波波形,其次依据信噪比提取出各种验证波形的对应最佳参数组合,最后依据降噪效果评价指标对取得的实验结果进行分析。在实验过程中,参数优化小波降噪算法对验证波形实现了较好的滤波效果,与其他方法对比显示,本文滤波方法相较于传统的高斯类滤波,其滤波效果大幅提升,并且参数优化小波降噪在波形分解提取地物高度中也具有一定的应用价值。

为进一步提高激光甲烷遥测仪的抗噪能力,在波长调制光谱技术“相干检测、低1/f噪声”的基础上,进一步利用小波去噪技术的“多尺度、多分辨分析”能力对气体吸收传感信号进行去噪处理。首先建立了一种甲烷遥测系统,通过仿真优化了小波去噪的相关参数,并分析了基于经验模态分解的小波去噪方法的效果;在采用和不采用小波去噪算法的情况下,开展了传感器性能的对比实验,以此验证该技术应用于遥测系统的可行性。利用积分浓度为200×10 -6 m的甲烷气体样品开展的甲烷检测实验结果表明,采用小波去噪算法提取二次谐波信号时,可将信噪比从116.4提高到179.8。对遥测系统开展的标定实验结果表明,提取的二次谐波信号幅值与气体浓度呈正比,未采用小波去噪算法时二者的拟合优度为0.990,采用小波去噪算法后的拟合优度为0.996。根据Allan方差的计算结果,未采用小波去噪算法时检测下限为3.4×10 -6 m,采用小波去噪算法后检测下限降至1.7×10 -6 m,检测分辨率提高了1倍。基于小波去噪和波长调制技术的激光甲烷遥测方法具有较高的信噪比、线性度和稳定性,可推广应用至现有的甲烷遥测系统中。