提出了一种基于非均匀光频梳的多频率瞬时信号检测方案。以功率非均匀下降的光频梳功率比为参照，利用待测信号与光频梳的拍频功率比确定信号的频率范围，再由解调后的频率信息计算待测信号的精确频率。仿真实现了0~20 GHz范围内多频信号的瞬时测量，误差范围为0~23 MHz。此外，分析了激光器线宽、光纤布拉格光栅中心频率、调制器偏置电压和光混频器相差对测量结果的影响。结果显示：该系统对激光器线宽和混频器相差的改变不敏感，光纤布拉格光栅中心频率和调制器偏置电压会影响光频梳信号的功率比；当功率比区分度较大时，系统稳定性更高，误差更小。

提出了一种基于偏振延时干涉的瞬时频率测量(IFM)系统。通过检测两路正交偏振信号的光功率,建立了振幅比较函数(ACF)。计算结果表明,ACF仅与待测微波信号频率以及利用保偏光纤(PMF)双折射效应引入的时延差有关,并且调节时延差可实现ACF测量范围及精度的可调谐。仿真结果表明,频率范围为0~25 GHz的IFM系统的绝对误差容限为300 MHz。此外,讨论了激光器波长漂移、射频信号强度、马赫-曾德尔调制器(MZM)的偏置电压漂移、MZM消光比、偏振控制器2(PC2)偏振角漂移对系统测量频率的影响。与同类方法相比,所提方案中采用了PMF和偏振分束一体化结构,在实现频率范围可调的同时,简化了系统结构并降低了成本。

提出一种基于单光路偏振复用技术的微波瞬时频率测量方案。该方案仅需要一个双偏振-双驱动的马赫-曾德尔调制器来提供受激布里渊散射所需的泵浦光与探测光。与现有的双路布里渊散射方案相比，本方案结构简单，系统体积明显减小，泵浦光与探测光干涉稳定且可控，且系统的稳定性增强了。待测微波信号经过载波抑制双边带调制后作为泵浦光，扫频探测信号经过相位调制后作为探测光，利用受激布里渊散射效应实现从相位调制到强度调制的转换。通过建立扫描频率与输出光功率的映射关系，实现了微波信号瞬时频率测量。此外，建立了理论模型和仿真模型来分析泵浦光波长抖动、直流偏置点漂移、电移相器相位漂移，以及泵浦光、探测光偏振状态偏移对频率测量精度的影响。研究结果表明，该方案可以实现30 GHz以上微波信号的频率测量，且最大绝对测量误差不超过30 MHz，相对测量误差低于2%。该方法通过增大扫频探测信号的扫描范围和调制器的调制频率范围，可进一步扩展频率测量范围，在低成本、宽频谱的雷达侦测领域具有良好的应用前景。

利用两个相位调制器、两个环形器、一个电光调制器等可使光在上下两路高非线性光纤中发生受激布里渊散射，构成双对称受激布里渊散射效应的瞬时微波频率测量系统。利用系统输出光功率比与待测微波信号之间一一对应的关系，建立幅度比较函数，实现微波频率测量。理论分析结果表明，通过调节高非线性光纤的线中心增益系数差值和布里渊频移差值，可以改变微波频率的测量范围和测量误差；当线中心增益系数差值为30、布里渊频移差值为2 GHz时，频率测量范围为0~18 GHz，测量误差小于52 MHz；当线中心增益系数差值为30，布里渊频移差值为0.4 GHz，频率测量范围为0~21 GHz，测量误差小于148 MHz。

针对布里渊模拟信号处理系统小型化的需求, 提出一种基于掺杂氧化硅波导的受激布里渊散射瞬时频率测量(SBS-IFM)方案。这种方案在链路中添加锁相放大器与滤波器, 有效滤除了反射光, 放大并观测到了掺杂氧化硅波导中的布里渊增益信号。通过相对移动泵浦光和探测光的调制频率, 实现了基于掺杂氧化硅波导的SBS-IFM, 其IFM范围约15 GHz,精度达60 MHz。

土壤重金属污染问题一直备受关注, 利用高光谱遥感对其进行研究取得了大量的成果, 主要集中在利用土壤光谱的导数变换、 连续统去除等常规方法预测土壤重金属含量上。 土壤光谱数据与非线性非平稳的机电信号、 医学信号等具有一定的相似性。 通过希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT), 对土壤铅(Pb)污染光谱进行频率域分析, 实现土壤Pb污染光谱的HHT鉴别, 并建立土壤Pb含量预测模型。 首先, 进行土壤Pb污染实验, 采集土壤Pb污染样品的光谱、 含水率及有机质含量; 其次, 通过土壤Pb污染样品光谱的HHT时频分析和第二个本征模函数(intrinsic mode function, IMF)分量(IMF2)瞬时频率的二阶导数识别土壤Pb污染的特征波段; 最后, 选择合适的频率域参数、 土壤光谱一阶导数、 土壤有机质含量及土壤含水率作为参数, 利用箱形图、 聚类分析、 偏最小二乘法建立土壤Pb含量预测模型。 研究结果表明: 土壤Pb污染的HHT时频分析图可以鉴别土壤Pb污染光谱, 未受污染的土壤光谱HHT时频分析图在波段序列为250~430之间没有异常信号, Pb污染土壤的光谱HHT时频分析图在波段序列为250~430之间存在多个异常信号, 并且随着浓度的升高, 异常信号分布范围越来越广, 当污染浓度达到800 μg·g-1时, 土壤样品的光谱信号在波段序列为270处、 频率为0.3 Hz之前出现了较强的异常信号; 土壤Pb污染光谱经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)处理后, 得到的未受污染的土壤光谱IMF2的瞬时频率的二阶导数的突变非常微弱, 而Pb污染的土壤光谱IMF2的瞬时频率的二阶导数存在明显的突变点, 根据突变点及土壤Pb污染光谱的IMF2的瞬时频率的二阶导数识别的土壤Pb污染光谱的特征波段区间为2 150~2 300 nm; 利用不同浓度Pb污染下土壤光谱Hilbert能量谱峰值、 EMD能量熵、 一阶导数、 有机质和含水率, 通过箱形图去除了六组异常样品, 然后利用聚类分析的方法将去除异常样品后的土壤Pb污染样品分为两类, 最后将Hilbert能量谱峰值、 EMD能量熵、 2 134 nm波段一阶导数、 790 nm波段一阶导数、 1 276 nm波段一阶导数、 2 482 nm波段一阶导数、 有机质和含水率作为参数建立两类数据的BC-PLSR(boxplot cluster-partial least squares regression)模型预测土壤中Pb含量, 经验证模型精度较高, 相关系数分别为0.88和0.99。

针对光纤偏振随机偏转的问题,提出了一种受激布里渊散射瞬时频率测量技术的优化方案。对比分析了单模光纤和保偏光纤用于实现受激布里渊散射瞬时频率测量的特性差异。实验结果表明:与单模光纤相比,保偏光纤中的偏振随机偏转现象得到有效抑制,测量系统的频率分辨率由225 MHz提高至90 MHz。

提出一种新的光电编码器速度测量方法,根据编码器角度测量误差信号中高频分量的渐进特性,通过对角度误差信号进行时频分析,提取编码器的旋转速度。利用功能强大的连续小波变换非平稳信号分析工具,提取角度误差分量的特征。基于连续小波变换,实现了一种称为迭代算法的小波脊提取方法,用于瞬时频率估计。实验结果表明,经过适当的时频分析处理后,角度误差的高频分量可以有效地用于光电编码器的速度测量。该方法能够有效减弱噪声和干扰对测量精度的影响。

针对现有相位差分法在低信噪比条件下估计线性调频(LFM)信号瞬时频率性能明显下降的问题，提出了一种改进的基于N阶相位差分法的瞬时频率估计算法。首先，在相位重构的基础上，针对信噪比阈值引起的频率突变问题，设置自适应的累积增量门限来确定频率突变位置，并利用循环迭代进行插值修正；然后，通过高阶的相位差分估计瞬时频率，以充分利用重构相位包含的跳变信息，并采用迭代变权最小二乘的方法进行线性拟合；最后，引入自适应的思想来处理不同频率的输入信号，增强处理低频输入信号的能力。仿真结果表明，相对于现有相位差分法，改进N阶相位差分法在保持低运算量的同时提升了抗噪性能，对输入信噪比的下限要求降低了约4 dB。

为了克服时域提取脉率变异性(PRV)信号过程中噪声、采样频率等因素的影响,提出一种PRV估计的新方法—局部均值分解(LMD)法。首先对原始脉搏信号进行LMD分解及Hilbert变换, 得到脉搏信号各积函数(PF)分量、脉搏信号瞬时频率(PIF)以及边际谱, 按照PRV信号频率分布得到瞬时脉率(IPR)信号。分别利用LMD估计IPR信号的方法和时域提取PRV信号的方法对本研究采集的10名大学生脉搏信号同时进行处理, 经对比发现IPR信号可以准确地表征PRV信号。利用LMD法估计睡眠、视觉疲劳、运动等状态下脉搏信号中的PRV信号, 结果表明该方法可用于估计不同状态下脉搏信号中的PRV信号；对MIT-BIH数据库中的年轻人和老年人的PRV信号进行短时脉率变异符号序列熵分析, 结果表明该方法可以敏感地检测出年龄的变化。本文工作为临床PRV信号的有效检测和处理提供了一种有效的方法。