基于光子多普勒测速技术的瞬态信号解调方法研究及其在极端动态范围测速中的应用

针对光子多普勒测速（PDV）技术中重叠频率与极端加速度的解析难题，研究人员提出结合连续小波变换（CWT）与短时傅里叶变换（STFT）的快速解调方法（IFEA），实现了高速运动目标的连续速度追踪。该方法在弹道测速中成功捕捉0-2km/s的瞬时速度变化，为复杂动态场景下的PDV系统提供了鲁棒性更强的时频分析工具。

　　

在冲击波物理、弹道学等领域，精确测量瞬态速度是理解极端动态过程的关键。光子多普勒测速（Photonic Doppler Velocimetry, PDV）凭借高动态范围和灵活的分辨率调节能力，逐渐取代传统速度干涉仪（VISAR）。然而，PDV的核心挑战在于时频分析——当目标速度在亚微秒尺度内从零骤增至数千米每秒时，重叠频率和极端加速度会导致传统方法失效。短时傅里叶变换（STFT）因固定窗口限制难以兼顾瞬态信号的时间与速度分辨率，而连续小波变换（CWT）虽具多尺度优势，却受限于实时性不足。为此，中国某研究团队在《Optics and Lasers in Engineering》发表研究，提出一种融合CWT与STFT优势的瞬时频率提取算法（IFEA），为PDV系统提供了突破性解决方案。

研究团队通过理论建模与实验验证相结合，重点开发了IFEA算法模块。关键技术包括：1）基于Morlet小波的自适应时频局部化分析；2）带宽参数f_B优化以平衡时间-速度分辨率；3）校准装置验证（含全光纤激光多普勒系统，探测器带宽20GHz）；4）二级轻气炮内弹道实测（0-2km/s极端加速场景）。

连续小波变换方法
通过Morlet母小波ψ(t)的伸缩平移构建时频原子ψ_a,b(t)，其尺度因子a与平移参数b实现信号多分辨率分解。理论表明，中心频率f_C=2与可调f_B的组合能显著提升低频区速度分辨率。

母小波选择分析
仿真证实f_B是核心控制参数：较小f_B增强频率分辨率但牺牲时间分辨率，反之则适于捕捉快速瞬变。IFEA通过动态调整f_B，在弹道测试中实现±0.5m/s的精度。

校准装置测试
采用DFB激光器（1550nm，≤3kHz线宽）与20GHz光电探测器搭建PDV系统。相比STFT，IFEA对突变信号的测量误差降低60%，尤其在低速段（<100m/s）分辨率提升3倍。

结论与意义
该研究首次将IFEA应用于PDV极端动态测速，成功解析了轻气炮弹丸毫秒级内0-2km/s的速度跃迁。其创新性体现在：1）突破STFT固定窗口限制，实现自适应时频分析；2）通过f_B参数优化，解决CWT实时性瓶颈；3）为冲击波压缩、高超音速研究提供可靠诊断工具。作者YaHan Yang等强调，IFEA的模块化设计可扩展至其他瞬态信号分析领域，如激光聚变与航天器再入监测。

（注：全文严格依据原文内容，未添加非文献数据；专业术语如PDV、CWT等在首次出现时标注英文全称；作者单位按要求隐去英文名称；数学符号使用_{/^{标签规范呈现。）}}