CN115356906B - 一种线性光学采样的双阈值拟合方法及时间偏差估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线性光学采样的双阈值拟合方法及时间偏差估计方法。本发明拟合方法为：1)对待拟合LOS信号进行检测；2)当检测到LOS信号电压值高于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth1；3)当检测到LOS信号电压值高于脉冲达峰判定阈值Vcheck时，记录下当前时刻tcheck；当再次检测到LOS信号电压值低于Vthreshold时，记录当前时刻tth2；4)如果满足tcheck＜tth2，则(tth1,tth2)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；如果不满足tcheck＜tth2，则继续检测，直到LOS信号电压值再次低于Vthreshold时，记录当前时刻tth3，此时(tth1,tth3)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；5)根据完整的LOS脉冲信号对应的时间区间拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻t。
Description
技术领域
本发明涉及信息科学通信中高精度时间测量领域，尤其涉及一种线性光学采样的双阈值拟合方法及时间偏差估计方法。
背景技术
时间是极为重要的基本物理量，它不仅在日常生产生活中有着重要的应用，更在军事、前沿研究等领域扮演着重要角色。得益于高精度原子钟、光钟的飞速发展，时间信号已经成为了目前测量精度最高的物理量之一，被广泛用作参考物理量。
其中，时间信号的高精度测量主要指的是高精度时间偏差测量。目前比较成熟的方案有双混频时间偏差测量方案，其基本的思想是通过引入第三个公共频率源，并与两台待测频率源存在一个微小的频率差，来实现两台待测频率源微小时间差的放大。放大后的时间差容易被一般的时间探测器探测得到，之后再除以放大倍数，即可得到高精度的两台待测频率源的时间偏差。
近年来，研究人员又提出了线性光学采样的方案(也称作双光梳技术)来实现高精度的时间偏差测量。其基本思想也是通过引入第三台光梳，其频率与待测光梳的频率fr相差一个小量Δfr，来实现两台待测光梳脉冲信号时间间隔的放大。对于得到的第三台光梳分别与两台待测光梳进行线性光学采样所得到的线性光学采样信号(LOS信号)，需要对其进行拟合，以找出中心时刻，从而精确地计算出放大后的时间间隔，然后除以放大倍数，即fr/Δfr，从而得到精确的两台待测光梳的时间偏差。
另一方面，由于实际的应用场景是测量出时间偏差后，实时地进行两台待测光梳的同步，因此对于采集得到的LOS信号这一脉冲序列，需要不断地进行高精度的拟合操作，由于其中的脉冲脉宽远小于脉冲周期，因此对于整个周期进行拟合会极大地浪费资源、降低速度。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提出一种线性光学采样的双阈值拟合方法及时间偏差估计方法。本发明提出了双阈值探测的方法对LOS脉冲信号进行拟合，来实现对于拟合区间的合理精准选取。
本发明的技术方案为：
一种线性光学采样的双阈值拟合方法，其步骤包括：
1)对于待拟合的LOS信号进行检测；其中，参考光梳的频率与待测光梳的频率fr相差设定量Δfr；将参考光梳与待测光梳进行线性光学采样得到所述LOS信号；
2)当检测到LOS信号电压值高于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth1作为LOS信号的开始；
3)当检测到LOS信号电压值高于脉冲达峰判定阈值Vcheck时，记录下当前时刻tcheck；当再次检测到LOS信号电压值低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth2；
4)如果满足tcheck＜tth2，则认为(tth1,tth2)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；如果不满足tcheck＜tth2，则继续检测，直到LOS信号电压值再次低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth3，此时(tth1,tth3)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；
5)根据完整的LOS脉冲信号对应的时间区间拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻t。一种线性光学采样的双阈值时间偏差估计方法，其步骤包括:
1)对于待拟合的两列LOS信号分别进行检测；其中，将参考光梳与第一待测光梳进行线性光学采样所得LOS信号记为第一列LOS信号，将参考光梳与第二待测光梳进行线性光学采样所得LOS信号记为第二列LOS信号；参考光梳的频率与待测光梳的频率fr相差设定量Δfr；
2)当检测到第一列LOS信号电压值高于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth1作为第一列LOS信号的开始；
3)当检测到第一列LOS信号电压值高于脉冲达峰判定阈值Vcheck时，记录下当前时刻tcheck；当再次检测到第一列LOS信号电压值低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth2；
4)如果满足tcheck＜tth2，则认为(tth1,tth2)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；如果不满足tcheck＜tth2，则继续检测，直到第一列LOS信号电压值再次低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth3，此时(tth1,tth3)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；
5)根据完整的LOS脉冲信号对应的时间区间拟合得到第一列LOS信号峰值对应的中心时刻t1；
6)按照步骤2～5)的方法拟合得到第二列LOS信号峰值对应的中心时刻t2；
7)根据中心时刻t1、t2的差值得出放大后的时间间隔，将所述时间间隔除以对应的放大倍数得到两台待测光梳的时间偏差。
进一步的，获取连续n个LOS脉冲信号对应的时间区间(tth1-nts,tth2+nts)；步骤5)中，根据(tth1-nts,tth2+nts)拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻t；其中，ts表示单次采样的采样时间，n为拟合点数。
进一步的，LOS信号中的噪底电压为5mV，脉冲检测阈值Vthreshold为20mV，脉冲达峰判定阈值Vcheck为200mV。
进一步的，利用高斯拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻。
与现有技术相比，本发明的积极效果为：
通过引入双阈值判定，第一去除了未出现LOS脉冲时的大量无用数据，节省了计算资源，提升了拟合速度；第二脉冲检测阈值和脉冲达峰阈值的双阈值判定，准确定位了LOS脉冲开始和结束时刻，使得拟合区间更为精确，利用高斯拟合能够最终获得更为精确的拟合峰中心时刻，提高时间偏差测量精度。
附图说明
图1为本发明原理图。
图2为本发明时间偏差估计方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明。
采集到的信号为周期性的脉冲信号，如图1所示。其中脉冲的重复频率为1kHz(周期为1ms)，脉冲宽度为1μs，占整个周期的1/1000。利用高精度采集卡进行电压数据的连续采集，本发明方法流程如图2所示，考虑整个过程：
1.在未采集到LOS脉冲信号时，测到的电压值很小，一般为系统的噪底(假设5mV)；
2.突然检测到电压值高于脉冲检测阈值Vthreshold时，例如：20mV，此时记录下该时刻tth1，对应某一LOS脉冲信号的开始；
3.当检测到电压值高于脉冲达峰判定阈值Vcheck时，例如：200mV，此时记录下时刻tcheck；
4.当再次检测到电压值低于脉冲检测阈值Vthreshold时，例如：20mV，此时记录下该时刻tth2，对应某一LOS脉冲信号的结束；
5.如果满足tcheck＜tth2，则认为(tth1,tth2)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；
6.如果5中的条件不满足，说明tth2仍然处于脉冲的上升沿，实际是脉冲上升沿的电压波动，继续检测，直到电压值再次低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下该时刻tth3，对应某一LOS脉冲信号的结束，此时(tth1,tth3)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；若tcheck小于tth3，则进行下一步操作；
7.根据具体实验，在拟合过程中具体要多选择一些数据来进行拟合。实际拟合区间选择为：(tth1-nts,tth2+nts)。如果出现6中的情况，这一区间为(tth1-nts,tth3+nts)。其中ts表示单次采样的采样时间,n为拟合点数。
8.在拟合区间内进行高斯拟合，获得拟合后LOS脉冲信号峰值对应的中心时刻。如前所述，第三台光梳分别与两台待测光梳进行线性光学采样后得到了两列LOS信号，分别通过上述拟合找出相应的两个中心时刻，两者相减得出放大后的时间间隔，然后除以放大倍数得到精确的两台待测光梳的时间偏差。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。
Claims (8)
1.一种线性光学采样的双阈值拟合方法，其步骤包括：
1)对于待拟合的LOS信号进行检测；其中，参考光梳的频率与待测光梳的频率fr相差设定量Δfr；将参考光梳与待测光梳进行线性光学采样得到所述LOS信号；
2)当检测到LOS信号电压值高于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth1作为LOS信号的开始；
3)当检测到LOS信号电压值高于脉冲达峰判定阈值Vcheck时，记录下当前时刻tcheck；当再次检测到LOS信号电压值低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth2；
4)如果满足tcheck＜tth2，则认为(tth1,tth2)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；如果不满足tcheck＜tth2，则继续检测，直到LOS信号电压值再次低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth3，此时(tth1,tth3)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；
5)根据完整的LOS脉冲信号对应的时间区间拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻t。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取连续n个LOS脉冲信号对应的时间区间(tth1-nts,tth2+nts)；步骤5)中，根据(tth1-nts,tth2+nts)拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻t；其中，ts表示单次采样的采样时间，n为拟合点数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，LOS信号中的噪底电压为5mV，脉冲检测阈值Vthreshold为20mV，脉冲达峰判定阈值Vcheck为200mV。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，利用高斯拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻t。
5.一种线性光学采样的双阈值时间偏差估计方法，其步骤包括:
1)对于待拟合的两列LOS信号分别进行检测；其中，将参考光梳与第一待测光梳进行线性光学采样所得LOS信号记为第一列LOS信号，将参考光梳与第二待测光梳进行线性光学采样所得LOS信号记为第二列LOS信号；参考光梳的频率与待测光梳的频率fr相差设定量Δfr；
2)当检测到第一列LOS信号电压值高于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth1作为第一列LOS信号的开始；
3)当检测到第一列LOS信号电压值高于脉冲达峰判定阈值Vcheck时，记录下当前时刻tcheck；当再次检测到第一列LOS信号电压值低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth2；
4)如果满足tcheck＜tth2，则认为(tth1,tth2)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；如果不满足tcheck＜tth2，则继续检测，直到第一列LOS信号电压值再次低于脉冲检测阈值Vthreshold时，记录下当前时刻tth3，此时(tth1,tth3)区间对应一个完整的LOS脉冲信号；
5)根据完整的LOS脉冲信号对应的时间区间拟合得到第一列LOS信号峰值对应的中心时刻t1；
6)按照步骤2～5)的方法拟合得到第二列LOS信号峰值对应的中心时刻t2；
7)根据中心时刻t1、t2的差值得出放大后的时间间隔，将所述时间间隔除以对应的放大倍数得到两台待测光梳的时间偏差。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取连续n个LOS脉冲信号对应的时间区间(tth1-nts,tth2+nts)；步骤5)中，根据(tth1-nts,tth2+nts)拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻t；其中，ts表示单次采样的采样时间，n为拟合点数。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，LOS信号中的噪底电压为5mV，脉冲检测阈值Vthreshold为20mV，脉冲达峰判定阈值Vcheck为200mV。
8.根据权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，利用高斯拟合得到LOS信号峰值对应的中心时刻。
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