实时获取高精度海水布里渊频谱的信号处理方法研究

布里渊频谱特征信息可以用于对温度、粘滞系数等海洋环境参数的监测。采用F-P标准具结合ICCD的测量方法能够获取布里渊谱的干涉图像，理论上可以实现布里渊多参数的实时测量。但是现有的干涉图像信号处理方法功能有限，仅能测量布里渊频移，因此亟须研究新的信号处理方法实现布里渊频谱多特征信息的测量。项目针对这一科学问题，对实验中的干涉图像坐标、亮度等信息进行分析和处理，获取海水布里渊频谱，为实时精确测量布里渊多参数提供了一种新的信号处理方法。项目研究光谱频率的病态问题求解方法，保证数据稳定性和精确性；研究还原光谱的函数形式、干涉图像的光谱还原技术以及如何从还原光谱中去除信源、信道中已知和未知因素影响，从而达到实时获取精确布里渊谱的目标。这种新的信号处理方法不仅对实时精确获取布里渊特征参数具有很强的应用价值和研究意义，还可以推广到其他基于频谱测量的遥感领域，使该方法在窄带频谱检测方面成为强有力的工具。

课题组在自然科学基金的资助下，研究和分析了海水布里渊频谱高精度信号处理方法这一科学问题，完成了对实验数据中的干涉图像坐标、亮度等信息进行分析和处理，获取海水布里渊频谱，为实时精确测量布里渊多参数提供了一种新的信号处理方法。这种新的信号处理方法不仅对实时精确获取布里渊特征参数具有很强的应用价值和研究意义，还可以推广到其他基于频谱测量的遥感领域，使该方法在窄带频谱检测方面成为强有力的工具。.具体来说，针对现有采用F-P标准具结合ICCD的布里渊雷达系统中需要将二维ICCD干涉环精确转化为一维的干涉谱的问题，课题组提出了一种可以完全利用二维ICCD环上的所有信息的新方法。分析瑞利布里渊峰附近的大量像素提供的统计数据，并将这些数据进行进一步的融合和综合处理，使得噪声的影响减小，同时提高测量的精度. 实验证明，频移和线宽的测量精达到了MHz量级。.其次课题组研究了针对消除器件展宽和系统噪声的布里渊频谱信号处理方法。我们从展宽和噪声类型及特性入手，理论地分析展宽噪声是如何作用于布里渊谱并最终影响参数测量的。然后结合仿真，分析信号和噪声的空间域和傅里叶特性。针对这些具体特性，提出了一种基于判决门限的时空结合滤波去噪方法和展宽方法，通过水下布里渊散射实验来分析该方法的可靠性以及测量精度。.最后为了进一步提高海水温度反演的准确度，精确获得海水的盐度信息是必须的，为此课题组提出了两个高精度反演模型。第一个模型是通过建立布里渊散射信号的频移和线宽对海水温度和盐度的二元函数组，以拟合的方法反演海水的温度和盐度，实现对海水温度和盐度两个独立变量的同步测量。第二个模型是利用波长与布里渊频移的单值关系，建立了一个以不同波长下的不同布里渊频移量作为自变量的海水温度和盐度的方程组，实现了海水温度和盐度的同步测量。结果显示，温度反演的误差在±0.10℃内；盐度的误差在±0.06‰内。.课题组在研究周期内达到了预定的目标、进度和研究内容。在该项目基金的支持下总计发表论文13篇，包括Optics Express, Applied Physics B, Journal of Optics等国际一流期刊，其中SCI收录11篇，。申请国家专利4项，其中已授权2项。培养博士生2名，其中1名已毕业，1名在读；培养硕士生4名，其中2名毕业，2名在读。