本發(fā)明屬于紅外信號采集與處理領域，具體涉及一種紅外干涉圖重建方法。

背景技術：

在FTIR光譜儀中，邁克爾遜干涉儀中的分束器將光源發(fā)出的光分為兩束，其中一束經分束器反射到干涉儀定鏡，另一束經分束器透射到干涉儀動鏡。然后分別沿著各自原光路反射回分束器且又被分束器分光，最終產生干涉信號。由于干涉信號的采樣位置對干涉儀中動鏡的運動速度非常敏感，運動速度的微小變化都會導致干涉圖發(fā)生嚴重偏差，從而影響復原光譜的精度。因此，通常利用邁克爾遜干涉儀中動鏡運動所產生的光程差來等間隔采樣干涉信號。在這個過程中通常使用一個單色激光作為參考光源來測量光程差。目前，FTIR光譜儀中主要的干涉圖采樣方法有激光觸發(fā)方法和“Brault”采樣方法。激光觸發(fā)方法由于奈奎斯特采樣定理的限制，采樣頻率較低且對儀器及硬件的要求較高。而“Brault”提出的采樣方法采用了不同步的計數器記錄激光與紅外信號，不同步的采樣在兩路信號中增加了延時，導致后續(xù)處理中需要對此延時進行校正，且此方法中使用了硬件，增加了儀器結構的復雜度，降低了對周圍環(huán)境的適應程度。因此需要研究一種環(huán)境適應性好，采樣頻率較高的干涉圖重建方法。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高儀器信噪比，降低數據處理復雜度的紅外干涉圖重建方法。

1996年Brault首次提出了利用不同步的獨立計數器記錄激光與紅外干涉信號，此方法采樣過程比較簡單，需要處理的數據量比較大，這種方法不僅可以提高儀器信噪比，還可以減小采樣誤差。但是其采用了不同步的計數器，不能保證采樣得到的激光與紅外干涉信號在時間上的一致性，且使用的硬件對環(huán)境要求較高，儀器結構較為復雜，而且需要計算激光干涉信號的過零點信息，計算較為復雜且處理時間較長，需要研究一種可以簡化干涉信號采樣與處理，保證復原光譜精度的干涉圖重建方法。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：

一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：包括有邁克爾遜干涉儀分光產生的激光干涉信號和紅外干涉信號，其中激光干涉信號為參考信號用于產生過零點信息；使用相同采樣率同時過采樣激光干涉信號和紅外干涉信號，過采樣用于提高儀器信噪比；根據實際情況的需要，設置相同的插值因子對過采樣后的兩路信號進行插值操作，插值用于在保持信號波形的基礎上產生額外的數據點，保證復原光譜的準確性；在插值后的激光干涉信號中獲取激光過零點信息，然后根據此過零點信息對同樣經過插值后的紅外干涉信號進行重采樣，最終得到重建后的等光程差間隔的紅外干涉圖。

所述的紅外干涉圖重建方法，其特征在于具體方法包括如下步驟：

(1)根據奈奎斯特采樣定理，采樣頻率至少是待測干涉信號最大頻率的2倍，采用相同的采樣率同時對激光干涉信號和紅外干涉信號進行過采樣，，即

f_s≥2f_m (1)

此時得到的兩路干涉信號是時間的函數，dt為采樣的時間間隔，t_i＝0,dt,2dt,3dt,…為每個激光干涉信號采樣點和紅外干涉信號采樣點所對應的采樣時刻，則紅外干涉信號在第i個采樣點的采樣時刻與激光干涉信號在第i個采樣點的采樣時刻相同，即

t_ii＝t_li (2)；

(2)然后根據實際需要選用合適的插值因子兩路信號同時進行插值操作，使用插值函數對過采樣得到的激光干涉信號和紅外干涉信號進行插值來產生附加的額外數據點；

(3)經過過采樣和插值后的激光干涉信號數據點和紅外干涉信號數據點數據量較大，綜合考慮計算時間和計算精度，直接在激光干涉信號數據點中索引距離零點最近的值所對應的位置信息，然后根據此位置信息重采樣過采樣和插值后的紅外干涉信號，最終得到等光程差間隔的紅外干涉圖，即此時的紅外干涉圖是光程差的函數。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述激光干涉信號由波長為632.8nm、調制頻率為5KHz的He-Ne激光光源產生，紅外干涉信號由碳硅棒紅外光源產生。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述采樣率選取待測干涉信號最大頻率的5～10倍。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述所述采樣率選取60KS/s。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述插值因子設置為20。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述插值函數采用傅里葉插值、線性插值或三次樣條插值函數。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述重采樣紅外干涉圖為根據激光過零點位置索引與之一一對應的紅外干涉信號強度。

本發(fā)明的技術效果在于：

本發(fā)明通過使用同一采樣率等時間間隔同步過采樣激光與紅外干涉信號，設置相同的插值因子，對兩路信號同時進行插值，保證了兩路信號的時間一致性，簡化了參考激光過零點的提取，降低了干涉圖數據處理的復雜度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的紅外干涉圖重建方法示意圖。

圖2是本發(fā)明的紅外干涉圖重建過程示意圖。

圖3是重建后的等光程差間隔的紅外干涉圖。

圖4是重建后的等光程差間隔的紅外干涉圖局部放大圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種紅外干涉圖重建方法，具體包括：邁克爾遜干涉儀分光產生的激光干涉信號1和紅外干涉信號2，其中激光干涉信號1為參考信號用于產生過零點信息7；使用相同采樣率10同時過采樣3、4激光干涉信號1和紅外干涉信號2，過采樣用于提高儀器信噪比；根據實際情況的需要，設置相同的插值因子11對過采樣后的兩路信號進行插值5、6操作，插值用于在保持信號波形的基礎上產生額外的數據點，保證復原光譜的準確性；在插值后的激光干涉信號1中獲取激光過零點信息7，然后根據此過零點信息7對同樣經過插值后的紅外干涉信號2進行重采樣8，最終得到重建后的等光程差間隔的紅外干涉圖9。

激光干涉信號由波長為632.8nm、調制頻率為5KHz的He-Ne激光光源產生，紅外干涉信號由碳硅棒紅外光源產生。

實施例

如圖2-4，根據奈奎斯特采樣定理，采樣頻率至少是待測干涉信號最大頻率的2倍，即

f_s≥2f_m (1)

采樣頻率一般選取待測干涉信號最大頻率的5～10倍。本實施例中使用60KS/s的采樣率10同時對激光干涉信號1和紅外干涉信號2進行過采樣，此時得到的兩路干涉信號是時間的函數，dt為采樣的時間間隔，t_i＝0,dt,2dt,3dt,…為每個激光干涉信號采樣點12和紅外干涉信號采樣點13所對應的采樣時刻，則紅外干涉信號在第i個采樣點的采樣時刻與激光干涉信號在第i個采樣點的采樣時刻，即

t_ii＝t_li (2)

然后根據儀器需要選用合適的插值因子，本實施例中設置插值因子11為20對兩路信號同時進行插值(5和6)操作，可以使用傅里葉插值、線性插值、三次樣條插值等插值函數對過采樣得到的激光干涉信號12和紅外干涉信號13進行插值來產生附加的額外數據點。由于前面已經采用了過采樣技術，因此可以適當降低插值因子來提高計算機的運算速度。

經過過采樣和插值后的激光干涉信號數據點14和紅外干涉信號數據點15數據量較大，綜合考慮計算時間和計算精度，可以直接在激光干涉信號數據點14中索引距離零點18最近的值所對應的位置信息16，即索引|I_li|_min所對應的采樣時刻t_lzeroi；然后根據此位置信息重采樣過采樣和插值后的紅外干涉信號6，此過程中根據激光與紅外干涉信號的采樣時刻一一對應，因此，只需用激光干涉信號的過零點時刻t_lzeroi重采樣紅外干涉信號中與此時刻對應的紅外干涉信號光強即可；最終得到等光程差間隔的紅外干涉圖，即此時的紅外干涉圖是光程差的函數。