信号处理方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例涉及一种信号处理方法及系统，该方法包括：对初始信号进行解调，得到输出信号，输出信号包括第一参数和第二参数；对第一参数和第二参数进行估计，并根据第一参数的估计结果和第二参数的估计结果对输出信号进行计算，获取待检测信号。因此，本发明专利技术实施例通过传感器解调中的光干涉强度和调制深度两个参数，对解调结果进行幅度修正。

【技术实现步骤摘要】
信号处理方法及系统
本专利技术实施例涉及传感器技术的应用领域，尤其涉及一种信号处理方法及系统。
技术介绍
干涉型光纤传感器具有抗电磁干扰、体积小、空间分辨率高等优点。相位生成载波(Phase-GeneratedCarrier，PGC)解调方案具有灵敏度高、易于复用、能够提供更大的动态范围、更小的可检测相移及易于成阵等一系列技术优势。PGC解调算法分为微分交叉相乘法(Differential-and-Cross-Multiplying，DCM)和反正切法(Arctan)(及其衍生的相除查表法)两类。DCM法的解调结果受光干涉强度和调制深度的影响，当光干涉强度和调制深度发生波动时，解调结果会产生幅度失真。反正切法可以通过相除消除干涉强度的影响，但是仍然受调制深度的影响，调制深度发生波动时，解调结果会产生非线性，引起严重的谐波失真。对于光干涉强度的影响，传统的PGC解调DCM算法通过增加复杂的自动增益控制(AutoGainControl，AGC)电路来实现，其效果对电路中器件的性能依赖性很大，性能提高有限。在数字PGC系统中，对光干涉强度的补偿可以更灵活，在研究低通滤波器和光干涉强度的影响时，假设调制深度不变，利用三角函数计算修正系数，消除影响。为了解决反正切法可能引起的谐波失真，有方法利用微分自相乘计算修正参数，结合反余切法对信号进行解调。综上所述，目前两类算法都可以消除光干涉强度的影响；DCM类算法尚没有方案解决调制深度对解调信号的影响。与DCM法相比，反正切法的主要问题是正切函数的非单调性，影响反正切解调结果。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种信号处理方法及系统，解决了现有技术中光干涉强度和调制深度的波动影响解调结果的问题。为了实现上述目的，一方面，本专利技术实施例提供了一种信号处理方法，该信号处理方法包括：对初始信号进行解调，得到输出信号，输出信号包括第一参数和第二参数；对第一参数和第二参数进行估计，并根据第一参数的估计结果和第二参数的估计结果对输出信号进行计算，获取待检测信号。优选地，对初始信号进行解调，得到输出信号的步骤具体包括：对初始信号采样后与第一信号、第二信号进行混频，并将混频后的信号通过低通滤波器输出；将低通滤波器的输出信号，根据微分交叉相乘算法，得到第一计算结果；将第一计算结果，根据差分算法、积分算法，得到第二计算结果，将第二计算结果通过高通滤波器输出，得到输出信号。优选地，对第一参数和第二参数进行估计，并根据第一参数的估计结果和第二参数的估计结果对输出信号进行计算，获取待检测信号的具体步骤包括：对低通滤波器的输出信号分别与第一因子和第二因子相乘后相加，得到第三计算结果；对第三计算结果进行估计，得到第一参数的估计结果和第二参数的估计结果。优选地，输出信号的函数为：V0＝B2GHJ1(C)J2(C)φs(t)其中，V0为输出信号，B为第一参数，C为第二参数，G和H为调制信号的幅度，J1(C)和J2(C)分别为1阶和2阶贝塞尔函数宗量值，φs(t)为待探测信号。优选地，对第三计算结果进行估算，得到光干涉强度第一参数的估计结果和调制深度第二参数的估计结果具体步骤包括：根据第三计算结果，采用傅里叶变换，得到调制深度第二参数的估算结果；根据光干涉强度第一参数的估算结果和第三计算结果，计算得到光干涉强度第一参数的估计结果。另一方面，本专利技术实施例提供了一种信号处理系统，该信号处理系统包括：第一处理模块，用于对初始信号进行解调，得到输出信号，输出信号包括光干涉强度第一参数和调制深度第二参数；第二处理模块，用于对光干涉强度第一参数和调制深度第二参数进行估计，并根据光干涉强度第一参数的估计结果和调制深度第二参数的估计结果对输出信号进行计算，获取待检测信号。优选地，第一处理模块具体用于：对初始信号采样后与第一信号和第二信号进行混频，并将混频后的信号通过低通滤波器输出；将低通滤波器的输出信号，根据微分交叉相乘算法，得到第一计算结果；将第一计算结果，根据差分算法、积分算法，得到第二计算结果，将第二计算结果通过高通滤波器输出，得到输出信号。优选地，第二处理模块具体用于：对低通滤波器的输出信号分别与第一因子和第二因子相乘后相加，得到第三计算结果；根据第三计算结果，采用傅里叶变换，得到第二参数的估算结果；根据第一参数的估算结果和第三计算结果，计算得到第一参数的估计结果。本专利技术实施例实时估计光纤传感器PGC解调中的第一参数和第二参数两个参数，对解调结果进行幅度修正。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种信号处理方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种信号处理系统的结构示意图；图3为第一参数的估计结果的示意图；图4为第二参数的估计结果的示意图；图5为幅度因子的估计结果的示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术实施例保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种信号处理方法。如图1所示，该方法包括：步骤S101：对初始信号进行解调，得到输出信号，输出信号包括第一参数和第二参数；具体地，对初始信号进行采样，在将采样后的信号与第一信号和第二信号进行混频，并将混频后的信号通过低通滤波器输出；将低通滤波器的输出信号，根据微分交叉相乘算法，得到第一计算结果；将第一计算结果，根据差分算法、积分算法，得到第二计算结果，将第二计算结果通过高通滤波器输出，得到输出信号。以下具体论述步骤101：光纤传感器的光电转换后的信号为初始信息，初始信号为：I(t)＝A+Bcos[Ccos(ω0t)+φ(t)](1)其中，参数A包括转换和没有干涉的部分激光能量；第一参数B包括光电转换放大倍数和参与干涉的激光能量，为光干涉强度；第二参数C为调制深度；ω0为调制频率，φ(t)为光纤传感器探头的信号引起的相位差，包括待探测信号φs(n)和噪声φn(n)。将公式(1)用贝塞尔函数(Bessel函数)展开为：其中，A为干涉光强直流量，B为光干涉强度，C为调制深度，ω0为角频率，φ(t)为相位差，J0(C)、J2k(C)和J2k+1(C)分别为0阶、2k阶和2k+1阶贝塞尔函数宗量值，k＝0,1,2，…，k∈N。将公式(2)的信号采用采样频率fs进行采样后，将采样后的信号分别与第一信号Gcosω0t和第二信号Hcos2ω0t进行混频，并将混频后的结果进行低通滤波，得到：I1f(n)＝-BGJ1(C)sinφ(n)(3a)I2f(n)＝-BHJ2(C)cosφ(n)(3b)为了克服信号因外部的干扰信号的变化而出现的消隐和畸变现象，采用微分交叉相乘方法(Differential-and-Cross-Multiplying，DCM)。将公式(3a)和公式(3b)进行微分，得到微分后的信号为：将公式(4)的信号进行交叉相乘，得到交叉相乘后的信号为：将公式(5)的信号进行差分放大，得到差分放大后的信号为：V'(n)＝B2GHJ1(C)J2(C)φ'(n)(6)将公式(6)的信号进行积分运算放大，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号处理方法，其特征在于，包括：对初始信号进行解调，得到输出信号，所述输出信号包括第一参数和第二参数；对所述第一参数和所述第二参数进行估计，并根据所述第一参数的估计结果和所述第二参数的估计结果对所述输出信号进行计算，获取待检测信号。

【技术特征摘要】
1.一种信号处理方法，其特征在于，包括：对初始信号进行解调，得到输出信号，所述输出信号包括第一参数和第二参数；对所述第一参数和所述第二参数进行估计，并根据所述第一参数的估计结果和所述第二参数的估计结果对所述输出信号进行计算，获取待检测信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对初始信号进行解调，得到输出信号的步骤具体包括：对所述初始信号采样后与第一信号、第二信号进行混频，并将混频后的信号通过低通滤波器输出；将所述低通滤波器的输出信号，根据微分交叉相乘算法，得到第一计算结果；将所述第一计算结果，根据差分算法、积分算法，得到第二计算结果，将所述第二计算结果通过高通滤波器输出，得到所述输出信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述第一参数和所述第二参数进行估计，并根据所述第一参数的估计结果和所述第二参数的估计结果对所述输出信号进行计算，获取待检测信号的具体步骤包括：对所述低通滤波器的输出信号分别与第一因子和第二因子相乘后相加，得到第三计算结果；对所述第三计算结果进行估计，得到所述第一参数的估计结果和所述第二参数的估计结果。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述输出信号的函数为：V0＝B2GHJ1(C)J2(C)φs(t)其中，V0为输出信号，B为第一参数，C为第二参数，G和H为调制信号的幅度，J1(C)和J2(C)分别为1阶和2阶贝塞尔函数宗量值，φs(...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔杰，刘亭亭，肖灵，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11