一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法技术

本发明专利技术公开了一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法。采用高频正弦和低频正弦扫描复合的调制方法，对采样得到的复合正弦调制数字干涉信号进行一阶、二阶正交下混频，获得两对正交幅值信号，运用一阶正交幅值信号及一阶正交微分信号准确提取出相位延迟并对相位延迟进行补偿，根据相位延迟大小对一阶、二阶正交幅值信号进行优选获得两路不受相位延迟影响的新幅值信号，再通过反正切与相位解包裹运算求得复合相位，最后通过滑动平均计算获得待测相位。本发明专利技术解决了PGC相位解调技术中相位延迟难以准确测量及相位延迟引起的非线性误差难以实时补偿的问题，提高了相位测量精度，能广泛应用于正弦相位调制干涉技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法
本专利技术属于激光干涉测量
，特别是一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法。
技术介绍
相位生成载波(PGC)解调技术因其抗低频干扰、灵敏度高、动态范围大等优点，被广泛应用于干涉型光纤传感器和正弦相位调制干涉仪中。PGC解调技术主要包括微分交叉相乘算法(PGC-DCM)和反正切算法(PGC-Arctan)。PGC-DCM法通过对正交信号进行微分交叉相乘以及积分等运算获得待测相位，容易受激光光强波动、载波相位延迟、相位调制深度的影响。PGC-Arctan法将正交分量进行除法以及反正切运算直接得到待测相位，消除了光强波动带来的影响，但仍会受载波相位延迟和调制深度的影响。其中载波相位延迟的补偿是进行调制深度补偿的前提，为了补偿载波相位延迟带来的影响，通常先使用正交解调方法求得载波相位延迟值，并在参考载波信号中增加相位补偿器使得干涉信号的载波项与参考载波信号保持同相位。正交解调法在待测相位为特定值时，无法求得载波相位延迟。此外，在实际中，相位延迟会随环境变化出现漂移，现有方法难以对相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法，其特征在于：/n(1)对正弦相位调制干涉仪中的电光相位调制器施加包含高频正弦调制信号和低频正弦扫描信号的复合调制信号，实现对干涉信号相位的复合调制；/n(2)通过带通滤波器滤除正弦相位调制干涉仪输出的复合相位调制干涉信号中的直流成分和高频噪声，然后对复合相位调制干涉信号进行模数采样得到正弦相位调制数字干涉信号S(t)，表达式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法，其特征在于：
(1)对正弦相位调制干涉仪中的电光相位调制器施加包含高频正弦调制信号和低频正弦扫描信号的复合调制信号，实现对干涉信号相位的复合调制；
(2)通过带通滤波器滤除正弦相位调制干涉仪输出的复合相位调制干涉信号中的直流成分和高频噪声，然后对复合相位调制干涉信号进行模数采样得到正弦相位调制数字干涉信号S(t)，表达式如下：



其中，A为正弦相位调制数字干涉信号的幅值，m为相位调制深度，J0(m)为零阶第一类贝塞尔函数，J2n(m)和J2n-1(m)分别为偶数阶和奇数阶第一类贝塞尔函数，n表示阶数，ωc为高频正弦调制信号的角频率，θ为载波相位延迟，t表示时间，表示正弦相位调制数字干涉信号的复合相位；
相位包含t时刻正弦相位调制干涉仪中的待测相位和扫描相位，公式如下：



其中，为低频正弦扫描相位，为待测相位，B为扫描相位的幅值，ωs为扫描相位的角频率；
(3)数字频率合成器(1、18)产生的一阶参考信号(cosωct，sinωct)及二阶参考信号(cos2ωct，sin2ωct)分别与正弦相位调制数字干涉信号S(t)相乘，并进行低通滤波，得到一阶正交幅值信号(P1，Q1)和二阶正交幅值信号(P2，Q2)，公式如下：












其中，LPF[]表示低通滤波操作；sin(ωct)、cos(ωct)分别表示一阶参考信号的正弦分量和余弦分量，sin(2ωct)、cos(2ωct)分别表示二阶参考信号的正弦分量和余弦分量，P1,Q1分别表示一阶正交幅值信号的余弦幅值分量和正弦幅值分量，P2,Q2分别表示二阶正交幅值信号的余弦幅值分量和正弦幅值分量；
然后一阶正交幅值信号(P1，Q1)经过微分运算后得到一阶正交微分信号(DP，DQ)：






其中，为复合相位对时间t的偏微分，DP和DQ分别表示一阶正交微分信号的余弦微分分量和正弦微分分量；
(4)利用一阶正交幅值信号(P1，Q1)、一阶正交微分信号(DP，DQ)进行运算，得到载波相位延迟θc，计算公式如下：



式中，sign()表示符号函数，当括号中的数值大于等于零时，其值为1，当括号中的数值小于零时，其值为-1；
(5)运用步骤(4)中计算得到的载波相位延迟θc、一阶正交幅值信号(P1，Q1)和二阶正交幅值信号(P2，Q2)，重构出一对幅值不受载波相位延迟影响的新幅值信号(R1，R2)计算公式如下：






其中，R1和R2分别表示新幅值信号的正弦幅值分量和余弦幅值分量；
(6)对新幅值信号(R1，R2)进行四象限反正切运算，得到包裹相位计算公式如下：



(7)对包裹相位进行相位解包裹得到连续变化的复合相位采用长度为M的队列存储复合相位对存储的M个数据进行求和运算，并将求和运算的结果除以M完成滑动平均运算，消除复合相位中的扫描相位，最终得到待测相位公式如下：



其中，U[]表示相位解包裹运算，∑[]表示M个数据的求和运算。


2.根据权利要求1所述的一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法，其特征在于：方法采用以下PGC相位解调系统，第一乘法器...

【专利技术属性】
技术研发人员：严利平，陈本永，张倚得，谢建东，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33