CN116067504A - 一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法 - Google Patents

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彭勃
韩维强
李强
赵旭龙
李素钧
黄宝锐
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Abstract

本发明公开了一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法，包括根据调试经验得出一个振动反射镜的谐振频率作为缺省值写入配置文件，在系统初始化的过程中读取配置文件中的缺省值进行加载；根据初始工作频率
Figure ZY_1
，设置频率搜索范围为
Figure ZY_2
，频率间隔1Hz对振动反射镜进行第一级搜索，记录反馈振幅的最大值及其对应的频率值
Figure ZY_3
；根据第一级搜索的极值频率点
Figure ZY_4
，设置频率搜索范围为
Figure ZY_5
，频率间隔0.1Hz对振动反射镜进行第二级搜索，记录反馈振幅的最大值及其对应的频率值
Figure ZY_6
，认定
Figure ZY_7
为调制所得的谐振频率。本发明缩短了辐射谱测量系统预备调整状态的时间。

Description

一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法
技术领域
本发明属于红外光谱遥感探测技术领域，具体涉及一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法。
背景技术
对点目标的信号获取与处理是红外辐射谱测量系统的核心技术，其难点主要在于：抑制噪声和目标精确定位。对点目标进行有效的测量，必须考虑大气对系统探测能力的影响，各类背景辐射噪声、系统电磁环境和工作发热对目标的红外辐射信号产生的严重干扰。
点目标红外辐射谱测量系统的整体架构如图1所示，其中光澜、四象限探测器和振动反射镜构成了测量系统中信号采集的核心单元。由光学系统出射的光分为信号光和参考光，其中参考光经过可见光校准系统由操作人员进行位置校准比对；信号光则经过光澜选通后由振动反射镜进行调制，再经四象限探测器进行卷积定位。另外，真空制冷系统则用于保证信号采集核心单元的稳定环境，减小环境噪声。光谱探测器设计为材质、尺寸完全相同的A、B两列，依据色散效应设置16个不同的采集通道，以获取原光束色散后不同波长分量所包含的能量强度；其中，探测单元设计为边长530um的正方形，其横向间隔为10um，纵向间隔为160um，长宽累加和为530+160+530=1220um，
Figure SMS_1
，如图2所示。采用振动反射镜对输入光信号进行调制，则包含目标的光信号将随着振动反射镜的振动依据时间轴在A、B两列的探测单元上来回切换。再对A、B列探测单元转换的电信号以差分放大的方式进行输出，如图3所示，则能扣除掉大气背景辐射的背景信号，以实现对点目标的辐射信号的高灵敏度探测和高精度提取。
经上述光学调制后，使得目标信号的状态产生改变，如图4a，图4b所示，实现辐射谱数据的信噪比提升。由此可见，由振动反射镜对光信号的精确切换是整个辐射测量系统的关键与核心，需要保证反射镜振动频率与解算频率的高度一致。对光谱探测器A、B列的信号读取由装置内部的一束参考信号光控制，则要求振动反射镜的振动频率与参考信号达到谐振状态为同步标志。则关键的问题转化为如何实现振动反射镜的谐振频率快速搜索与调制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明在红外光谱辐射信息采集系统中，基于振动反射镜工作频率（谐振状态）的设置和实时调整，提出了一种提供一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法。该方法旨在以自动算法代替人为的手动调试判断，快速且准确的找出当前振动反射镜的谐振频率。本发明缩短了辐射谱测量系统预备调整状态的时间，且提高了系统的稳定性，有利于实现辐射测量系统的自动化运行能力。该方法在理论上可以通过软件程序实现对当前工作环境下最合适的振动反射镜谐振频率的快速搜索和环境参数有一定改变过程中对其最优工作状态的跟随调整，使得原本需要操作人员持续判断和操控的测量工作得以实现自动化处理。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法，包括如下步骤：
步骤一，根据调试经验得出一个振动反射镜的谐振频率作为缺省值写入配置文件，在系统初始化的过程中读取配置文件中的缺省值进行加载；在系统完成启动自检后，设置频率缺省值到振动反射镜中作为初始工作频率
Figure SMS_2
；
步骤二，根据初始工作频率
Figure SMS_3
，设置频率搜索范围为
Figure SMS_4
，以频率间隔1Hz对振动反射镜进行第一级搜索，记录反馈振幅的最大值及其对应的极值频率点
Figure SMS_5
；
步骤三，根据第一级搜索的极值频率点
Figure SMS_6
，设置频率搜索范围为
Figure SMS_7
，以频率间隔0.1Hz对振动反射镜进行第二级搜索，记录反馈振幅的最大值及其对应的最终频率值
Figure SMS_8
；认定最终频率值
Figure SMS_9
为调制所得的谐振频率，选择在当前轮次结束时将最终频率值
Figure SMS_10
写入配置文件。
进一步地，所述步骤二和步骤三中，反馈振幅读取过程中进行多次发送读取状态参数的命令，将所得振幅数据剔除较大误差后求取平均值，以防止信号不稳或器件卡顿造成的系统误差。
进一步地，最终频率值
Figure SMS_11
与初始工作频率
Figure SMS_12
的差距保持在10Hz以内，否则证明初始工作频率
Figure SMS_13
不恰当或测量环境状态改变较大；若
Figure SMS_14
的差值超过9Hz，则以所得的最终频率值
Figure SMS_15
值替换初始工作频率
Figure SMS_16
，并重复所述步骤二和步骤三重新开启一轮搜索，直至
Figure SMS_17
的差值在9Hz以内。
有益效果：
随着光电科技的进步与发展，且考虑到观测站点大多处于自然条件恶劣的地理位置，如今对遥感探测设备的要求，越来越趋于远程化、智能化和自动化。因此，对于探测系统的最优工作状态调试也要求由传统的旋钮式人工判定改变为无人操控的自动运行流程。而本发明能够支持对振动反射镜最优工作状态的选择和调整，分级搜索方式也能够在保障搜索准确度的前提下大幅度缩减搜索谐振频率点的时间和空间开销。
附图说明
图1为点目标辐射光谱测量系统架构图；
图2为红外光谱探测器的尺寸排列结构图；
图3为振动反射镜工作示意图；
图4a为通过振动反射镜实现背景噪声滤除前的信号模型示意图；
图4b为通过振动反射镜实现背景噪声滤除后的信号模型示意图；
图5为振动反射镜对不同工作频率的幅值响应示意图；
图6为本发明的谐振频率搜索流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图6所示，本发明通过探测器反馈的信号幅值的最大判定选取振动反射镜的谐振频率，并基于调制器可响应的颗粒度和搜索范围提出分级搜索的思想，有利于在保障搜索范围的同时快速定位到谐振点。本发明的一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法包括如下具体步骤：
步骤一，根据调试经验得出一个振动反射镜的谐振频率作为缺省值写入配置文件，在系统初始化的过程中读取配置文件中的缺省值进行加载。在分系统软件及下属各测量设备、器件完成启动自检后，设置频率缺省值到振动反射镜中作为初始工作频率。
步骤二，根据初始工作频率
Figure SMS_18
，设置频率搜索范围为
Figure SMS_19
，频率间隔1Hz对振动反射镜进行第一级搜索，记录反馈振幅的最大值及其对应的极值频率点
Figure SMS_20
。
步骤三，根据第一级搜索的极值频率点
Figure SMS_21
，设置频率搜索范围为
Figure SMS_22
，频率间隔0.1Hz对振动反射镜进行第二级搜索，记录反馈振幅的最大值及其对应的最终频率值
Figure SMS_23
。认定
Figure SMS_24
为调制所得的谐振频率，并可选择在当前轮次结束时将
Figure SMS_25
写入配置文件。
其中，步骤二和步骤三的反馈振幅读取过程中，需要多次（一般选10次）发送读取状态参数的命令，将所得振幅数据剔除较大误差后求取平均值，以防止信号不稳或器件卡顿造成的系统误差。
其中，步骤二的初始搜索范围是考虑到器件工作状态和工作环境不发生较大改变的前提下设置的。其好处一方面是减小搜索的次数以缩短搜索时间；二是只有在谐振频率附近的振幅响应才有较明显的单调增/减现象，偏离较远的位置受噪声干扰较大，如图5所示，其中，A表示响应的振幅，Am则为与
Figure SMS_26
对应的特定振幅值。
另外值得注意的是，最终频率值
Figure SMS_27
应当与初始工作频率
Figure SMS_28
差距不大（10Hz以内），否则证明初始工作频率不恰当或测量环境状态改变较大（如暂停工作数月导致季节变化）。若发现
Figure SMS_29
的差值超过9Hz，则应当以所得
Figure SMS_30
值替换
Figure SMS_31
，并重复上述二、三步骤重新开启一轮搜索，直至
Figure SMS_32
的差值满足要求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，根据调试经验得出一个振动反射镜的谐振频率作为缺省值写入配置文件，在系统初始化的过程中读取配置文件中的缺省值进行加载；在系统完成启动自检后，设置频率缺省值到振动反射镜中作为初始工作频率
Figure QLYQS_1
；
步骤二，根据初始工作频率
Figure QLYQS_2
，设置频率搜索范围为
Figure QLYQS_3
，以频率间隔1Hz对振动反射镜进行第一级搜索，记录反馈振幅的最大值及其对应的极值频率点
Figure QLYQS_4
；
步骤三，根据第一级搜索的极值频率点
Figure QLYQS_5
，设置频率搜索范围为
Figure QLYQS_6
，以频率间隔0.1Hz对振动反射镜进行第二级搜索，记录反馈振幅的最大值及其对应的最终频率值
Figure QLYQS_7
；认定最终频率值
Figure QLYQS_8
为调制所得的谐振频率，选择在当前轮次结束时将最终频率值
Figure QLYQS_9
写入配置文件。
2.根据权利要求1所述的一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法，其特征在于：所述步骤二和步骤三中，反馈振幅读取过程中进行多次发送读取状态参数的命令，将所得振幅数据剔除较大误差后求取平均值，以防止信号不稳或器件卡顿造成的系统误差。
3.根据权利要求1所述的一种针对振动反射镜的谐振频率分级搜索自动调制方法，其特征在于：最终频率值
Figure QLYQS_10
与初始工作频率
Figure QLYQS_11
的差距保持在10Hz以内，否则证明初始工作频率
Figure QLYQS_12
不恰当或测量环境状态改变较大；若
Figure QLYQS_13
的差值超过9Hz，则以所得的最终频率值
Figure QLYQS_14
值替换初始工作频率
Figure QLYQS_15
，并重复所述步骤二和步骤三重新开启一轮搜索，直至
Figure QLYQS_16
的差值在9Hz以内。
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