[发明专利]一种干涉数据实时叠加均值方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种傅里叶光谱仪干涉数据处理方法，具体涉及一种干涉数据实时叠加均值方法。

背景技术：

傅里叶光谱仪是一种基于干涉技术的高光谱仪器，因其高光谱分辨率、多通道、高光通量等优点在航空航天遥感、工农业生产等领域获得广泛应用。其数据处理是核心技术之一。对基于迈克尔逊结构的傅里叶光谱仪在高轨遥感、实验室测量等应用场合，目标信号比较微弱，需对同一目标连续测量多次，然后叠加取平均以提高信噪比。这会导致观测数据量成倍增加。实际仪器中，动境的往复运动抖动、非零点采样、参考激光条纹计数错误、电子学延迟及光学系统色散等原因引入的相位使得获取的干涉数据存在相位差，且不同干涉图间相位不一致，另外还存在偶发干涉数据测量错误。因此同一目标多次连续观测获取的干涉数据无法直接叠加。传统方法是直接下传，这会产生很大的数传压力。

发明内容：

本发明解决了干涉图的检测及相位对齐的快速实现，提出了一种干涉数据实时叠加均值方法。干涉数据的实时叠加均值处理可有效降低下传数据量。

本发明的技术解决方案是：

一种干涉数据实时叠加均值方法，该方法包括：

首先从待叠加干涉数据集中选取一幅干涉图作为叠加均值处理的参考干涉图，并进行相应处理，然后对剩余待叠加干涉图做相位对齐处理，最后完成叠加均值处理。

具体方法步骤如下：

一、获取参考干涉图

顺序选取同一观测目标连续获取的多幅待叠加干涉图的第二幅干涉图作为叠加均值处理参考干涉图，其处理及相关检测阈值建立流程如下：

1-1零光程点检测：使用硬件和软件结合方式确定采样干涉图零光程差点，以该点作为傅里叶变换中心点和干涉图叠加参考点；

1-2提取中央条纹区，即以零光程点为中心的小段双边干涉图：该区域包含丰富光谱信息，可用于相位检测及干涉图质量检查；

1-3干涉图质量检查阈值：计算中央条纹区采样点绝对值累加和，该累加和加上一常数偏移量，作为干涉图质量检查阈值；

1-4傅里叶变换：计算干涉图中央条纹区对应复数光谱；

1-5带内光谱相位：根据采样定理和仪器工作波段，提取有效光谱带内复数光谱，计算带内光谱相位；

1-6带内光谱相位均值：计算带内光谱采样点的相位均值；

1-7相位检测：根据仪器设计和性能指标确定预定义相位检测阈值，若步骤1-6中计算的带内光谱相位均值大于该阈值，则舍弃该参考干涉图，给出干涉图异常标志，并重新选定参考干涉图，重复上述步骤1-1至1-7。否则，将该相位均值设为参考相位，该干涉图作为参考干涉图；

二、其他待叠加干涉图处理

2-1零光程点检测：使用硬件和软件结合方式确定采样干涉图零光程差点，以该点作为傅里叶变换中心点和干涉图叠加参考点；

2-2提取中央条纹区：该区域包含丰富光谱信息，可用于相位检测及干涉图质量检查；

2-3干涉图质量检查：计算中央条纹区采样点绝对值累加和，若该值明显大于干涉图质量检查阈值，则认为该干涉图存在异常，给出干涉图异常标志，将其从待叠加干涉图序列中剔除，并从步骤2-1开始下一幅待叠加干涉图处理；

2-4傅里叶变换：计算干涉图中央条纹区对应复数光谱；

2-5带内光谱相位：根据采样定理和仪器工作波段，提取有效光谱带内复数光谱，计算带内光谱相位；

2-6带内光谱相位均值：计算带内光谱采样点相位均值；

2-7相位检测：若步骤2-6计算的带内光谱相位均值大于相位检测阈值，则认为该干涉图存在异常，给出干涉图异常标志，将其从待叠加干涉图序列中剔除，从步骤2-1重新开始下一幅待叠加干涉图处理；

2-8参考干涉图质量评估：如果步骤2-3和步骤2-6中检出异常干涉图超过一定数量，则重新选定参考干涉图，并重新开始上述处理流程；

2-9相位对齐：计算待叠加干涉图带内光谱相位均值和参考相位之差作为相位对齐因子，然后对该待叠加干涉图与参考干涉图做相位对齐处理；

三、干涉数据叠加均值

对剩余待叠加干涉数据按步骤2-1至2-9依次进行处理，最后将同一观测目标经相位对齐处理的多次连续测量获取的干涉图和参考干涉图一起进行叠加均值处理，最终获得均值干涉图。

本发明具有以下优点：

1.处理过程简单、计算量小，速度快，便于硬件的实时实现；

2.无需精确确定干涉图的仪器相位和采样误差相位，只需带内光谱相位均值，即可完成相位的检测和对齐；