[发明专利]一种基于时频分析的复合调制解调方法

说明书

本发明公开了一种基于时频分析的复合调制解调方法，属于动态光路测量技术领域。包括以下步骤：步骤1、采集双运动目标在不同运动状态下的干涉信号，对采集得到的干涉信号进行时频分析，提取出被复合调制的瞬时频率；步骤2、建立不同运动状态的状态空间模型，将被复合调制的瞬时频率作为观测值输入，输出迭代递推的估计结果，并对估计结果自动进行权重分配，实现双运动目标在不同运动模式的动态测量。本发明所述基于时频分析的复合调制解调方法，在不同的频率下均可实现对动态目标的高跟踪性能，同时不增加系统复杂程度和成本，并且具备自适应识别双目标不同运动状态的能力。解决了不同运动模式下，双运动目标的动态光路的准确跟踪测量。

技术领域

本发明属于动态光路测量技术领域，涉及一种基于时频分析的复合调制解调方法。

背景技术

采用外腔半导体激光器(ECDL)作为光源的频率扫描干涉法(FSI)由于精度高、易于实现，是一种很有前途的绝对距离测量(ADM)方法。FSI测距技术除了无需导轨辅助、大范围、结构简单等优点外，相较一般绝对测距技术，该方法最大优势在于兼具高测量精度的同时不受非模糊距离限制，且不存在从粗测到精测的链式逐级求解过程。因此，FSI在基础科学研究、高端装备制造、自动驾驶等方面有着广泛的应用。

FSI绝对距离测量方法基于在光频扫描测量过程中干涉仪光程差为常数的假设，然而，不同于实验室环境，真实的测量现场中大量的振动和噪声，都会使得光程差在FSI光频扫描测量过程中发生漂移，最终光程差漂移产生的干涉条纹将与光频扫描产生的干涉合成波长条纹相混淆，导致FSI测量结果中的光程差漂移误差是实际漂移量的几千倍，严重恶化绝对距离测量结果。因此，当前FSI系统的动态测量能力仍然受到合成波长变化过程中长度漂移引起的误差放大的影响。为了解决这一问题，Deng等人提出具有两级串联结构的级联状态空间模型，基于贝叶斯理论的递归状态估计方法，通过引入辅助干涉仪实现了FSI动态绝对测距。由于该模型参数较多，对于初值的选择具有一定挑战，且该方法并不具备判别目标不同运动状态的能力。在FSI动态测距过程中，干涉信号同时还受到光频扫描非线性的调制，这将严重影响FSI测量精度，进而限制动态测距所能分辨的最小频率。在我们先前的工作中，Wang等人提出了自适应移位Morlet小波变换(ACSMW)方法，通过频率旋转算子对CSMW算法进行不断地迭代，极大地提高了提取强时变非平稳信号瞬时特征的精准度。然而，ACSMW算法针对仅受光频调谐的干涉信号，而在动态测距过程中，干涉信号的瞬时频率除了受到光频调谐外，还受到运动目标运动的调谐。因此，目前仍然无法解决双运动目标在不同运动模式下的动态光路的准确跟踪测量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于时频分析的复合调制解调方法，解决了在不同运动模式下，双运动目标的动态光路的准确跟踪测量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以现：

本发明公开了一种基于时频分析的复合调制解调方法，包括以下步骤：

步骤1、采集双运动目标在不同运动状态下的干涉信号，对采集得到的干涉信号进行时频分析，提取出被复合调制的瞬时频率；

步骤2、建立不同运动状态的状态空间模型，将被复合调制的瞬时频率作为观测值输入，输出迭代递推的估计结果，并对估计结果自动进行权重分配，实现双运动目标在不同运动模式的动态测量。

优选地，步骤1中，对采集得到的干涉信号进行时频分析，提取出被复合调制的瞬时频率，具体步骤包括如下：

i)对干涉信号进行解析得到干涉信号的解析信号，通过频率旋转算子对所得干涉信号的解析信号进行旋转后取实部，获得近似平稳信号；

ii)将所得近似平稳信号通过连续小波变换，得到近似平稳信号的瞬时频率，将所得近似平稳信号的瞬时频率作为迭代前的频率，通过去除频移得到迭代后的频率；将迭代前的频率与迭代后的频率相结合，得到一次迭代的干涉信号的瞬时频率，所得一次迭代的干涉信号的瞬时频率用作下一次迭代的小波参数；