[发明专利]基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及对微小量的测量技术，具体地，涉及一种基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法。

背景技术

在精密测量领域，弱测量技术主要分为两类：弱值放大弱测量和联合弱测量。其中，弱值放大弱测量技术提出的比较早，并且这种技术目前已经得到了广泛的应用。但是不可避免的，这种技术也存在着一些缺陷，例如：

1、弱值放大弱测量利用弱耦合和后选择技术，将本来很微小的参量适当的放大到一个可观测量的位置，从而间接的对微小量进行测量，这种“放大”是以牺牲后选择光子数而得到的，也就是说，当后选择角度与前选择角度越接近垂直时，放大倍数就越大，但在探测器上接收到的光子数就越少，可以利用的信息量就越小。

2、在弱值放大弱测量中，放大倍数的计算依赖于后选择角度，虽然后选择角度可以事先已知，但是在实验中，一旦后选择偏振片发生扰动，后选择角度就会偏离真实值，那么，测量精度就会有偏差。

由以上的描述可知，弱值放大弱测量存在着一些难以克服的缺陷。近年来，有学者提出了基于联合弱测量的参量估计方法。这种方法建立在弱值放大弱测量基础之上，不同的是，联合弱测量将后选择之后的光分成两路，并且同时测量所有的光子，这样做就可以收集全部的光子信息，提高测量精度；另外，联合弱测量利用最大似然估计的后处理算法得到偏移量，这种方法可以在未知后选择参数的情况下同时估计出微小参量和后选择参数，这样，即便在实验条件下后选择参数不稳定，利用联合弱测量的方法也不会影响参数估计的精度。因此，联合弱测量可以有效的弥补弱值放大弱测量的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法及系统。

根据本发明提供的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统，包括光学模块、 数据采集模块以及数据处理模块；其中，

-所述光学模块用于对信号源发出的光进行相应处理，获得该信号源对应的透射光和反射光的光谱；

-所述数据采集模块用于控制光学模块，实现光谱信号的采集和存储；

-所述数据处理模块用于对数据采集模块采集到的光谱信号进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。

优选地，所述光学模块包括：线偏振片、双折射晶体、极化分束器、第一光谱仪以及第二光谱仪；

具体地，信号源发出的光依次经过线偏振片、双折射晶体、极化分束器后分化为透射光和反射光两路，所述透射光和反射光分别被第一光谱仪和第二光谱仪接收；所述第一光谱仪和第二光谱仪将采集到的透射光和反射光分光谱信号传输至数据采集模块进行保存。

优选地，所述数据采集模块包括：基于LABVIEW的数据采集系统；其中，所述数据采集系统包括：激活子系统和数据采集子系统，

所述激活子系统用于激活第一光谱仪和第二光谱仪、得到相应的光谱仪型号信息和内部参数信息，保存在LABVIEW寄存器中，并将光谱仪发送的各个信息传输至数据采集子系统；

所述数据采集子系统用于控制光谱仪采集数据的开始和停止，修改光谱仪内部参数信息，并存储光谱仪发送的光谱信号。

优选地，所述数据处理模块通过嵌入的MATLAB程序对数据采集模块储存的光谱信号进行处理得到时间延迟的估计值。

根据本发明提供的基于联合弱测量技术的时间延迟估计方法，应用上述任一项所述的基于联合弱测量技术的时间延迟估计系统；包括如下步骤：

光谱信号采集步骤：对信号源发出的光进行相应处理，获得该信号源对应的透射光和反射光的光谱；

数据采集步骤：控制光谱信号采集的进程，实现光谱信号的采集和存储；

数据处理步骤：对数据采集步骤中采集到的光谱信号进行分析和处理，获得时间延迟的估计值。

优选地，所述光谱信号采集步骤包括：

步骤A1：前选择过程，具体为，令信号源发出的光经过线偏振片后转化为45°方向 的线偏振光，将所述线偏振光定义为偏振态，记为前选择态，计算公式如下：

其中，表示前选择态(下标i表示初始化状态)，|H〉和|V〉分别表示水平极化态和垂直极化态；

步骤A2：弱耦合过程，具体为，令前选择态偏振光经过双折射晶体(3)，由于双折射晶体的双折射效应，水平分量相比于垂直分量有一个微小的时间延迟，该时间延迟记为τ；

步骤A3：后选择过程，具体为，将带有时间延迟的偏振光经过极化分束器(4)，简称PBS，使入射光分成透射光和反射光两路，则将所述透射光和反射光记为后选择态，计算公式如下：