1.一种基于自相关滤波技术的PSD输出有用信号提取方法,其特征包括如下步骤:
1)自相关运算,用于去除PSD输出信号中由杂光信号交流成分产生的噪声;
设入射到PSD上的光脉冲信号为:式(1)中:A为光脉冲信号x(t)幅值,t为时间,W为光脉冲信号脉宽,ω0为光脉冲信号调制角频率;
设入射到PSD上的杂光信号n(t)表示为:n(t)=nD+nA(t) (2)式(2)中:nD表示杂光信号的直流成分,nA(t)表示杂光信号的交流成分;
x(t)和n(t)入射到PSD光敏面,PSD产生的输出信号为:y(t)=x′(t)+n′(t) (3)式(3)中:x′(t)为x(t)引起的有用信号,n′(t)为n(t)引起的噪声;
x′(t)表示为:
式(4)中:K为PSD的响应灵敏度;
n′(t)表示为:
n′(t)=n′D+n′A(t) (5)式(5)中:n′A(t)表示杂光信号引起的PSD输出噪声的交流成分,n′D表示杂光信号引起的PSD输出噪声的直流成分;
y(t)自相关运算为:
式(6)中:τ为信号的时延;
由于n′A(t)为PSD输出噪声的交流成分,具有随机性质,由相关运算性质可知:式(7)代入式(6)得:
式(8)中:B=KA为有用信号x′(t)的幅值。
由式(8)知,即使脉冲信号x(t)的角频率ω0不稳定发生变化,自相关运算也可有效去除PSD输出噪声的交流成分,同时保留有用信号;
2)带通滤波,用于滤除PSD输出噪声的直流成分和多次谐波,滤出自相关结果的基波成分;
x′(t)的傅里叶级数展开式为:把式(9)代入式(8)得:
式(10)的傅里叶变换为:
式(11)中:δ(ω)、δ(ω+nω0)和δ(ω-nω0)表示单位脉冲函数;
采用的带通滤波器的传递函数为:式(12)中:Δω0<ω0;
对Ry(τ)进行带通滤波,即式(11)与式(12)相乘:式(13)进行傅里叶逆变换得:由式(14)知,带通滤波后的信号z(τ)不含有杂光引起的噪声和多次谐波,只含有基波,保留了入射光脉冲信息;
3)幅值特征提取,用于提取有用信号的幅值;
提取式(14)的幅值为:
由式(15)知:幅值Az仅由光脉冲信号幅值A、脉宽W和角频率ω0决定;把幅值Az作为PSD输出有用信号的度量值。