本发明专利技术提出一种声信号解调方法及装置，先生成H个双光脉冲，并以重复频率将生成的H个双光脉冲注入声基阵；然后以相同的重复频率获得声基阵返回的H个干涉信号序列，获取声基阵位置z处探测的声波时域信号，本发明专利技术采用直接探测方案降低光源噪声，采用相位调制实现频率分集，构建融合复数，抑制衰落噪声，降低声纳系统的探测噪声，拓展了探测距离，采用高频外差技术，提升声信号解调的动态范围，扩大声信号的频率响应范围。频率响应范围。频率响应范围。
【技术实现步骤摘要】
声信号解调方法及装置
[0001]本专利技术主要涉及到声信号解调
，尤其是一种声信号解调方法及装置。
技术介绍
[0002]随着分布式声波传感技术和光纤微结构加工技术的发展，采用单根光纤构成声基阵，通过探测声基阵输出的干涉信号，解调提取干涉信号的相位信息，可以同时获得外界声波的频率、幅度、相位和位置的完整信息，实现分布式声波探测。
[0003]声信号解调方法是基于声基阵的分布式声波探测技术中提取声信号的关键，探测噪声、动态范围和频率响应范围是声信号解调方法的核心指标，决定了对声信号的探测距离，幅度响应范围和频率响应范围。
[0004]低频外差相位解调技术和相位产生载波（PGC）相位解调技术是经典的声信号解调方法。上述方法以频率向传感阵列周期注入探测光脉冲，通过引入外差频率或相位调制获得时变干涉信号，并从中解调获得声信号。上述方法的动态范围由外差频率或相位调制频率决定。由于外差频率或相位调制频率低于脉冲重频，现有方法的外差频率和相位调制频率仅为kHz量级，动态范围严重受限。若外差频率或相位调制频率提升至MHz量级，动态范围将随之线性提升。同时，由于外差频率或相位调制频率低于脉冲重频，干涉信号的强度随时间变化频率低于。通过收集一系列的干涉脉冲强度，构成时变干涉信号，结合相位解调技术，可获得干涉信号相位中包含的声波信息。对于上述两种信号解调方法，干涉信号强度的收集频率为光脉冲频率。根据低频外差相位解调技术或PGC相位解调算法的要求，对时变干涉信号的采样率至少为相位调制频率或外差频率的8倍，因此，相位调制频率和外差频率上限为。考虑声波信号检测的动态范围，一般相位调制频率和外差频率为待测声波信号最高频率的8倍以上。因此，待测声波信号的最高频率仅为为，频率响应范围受限严重。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提出一种声信号解调方法及装置。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种声信号解调方法，包括：生成H个双光脉冲，并以重复频率将生成的H个双光脉冲注入声基阵，其中t时刻双光脉冲中两个光脉冲间存在光频差和相位差，其中C为相位调制幅度，为相位调制频率；以重复频率获得声基阵返回的H个干涉信号，每个干涉信号时长相同且为,其中，c表示真空光速，n为声基阵中传感光纤的有效折射率，L为声基阵中传感光纤的长度，第h个干涉信号的交流部分表示为，，第h个干涉信号包含了个不同频率的拍频信号，拍频为，
表示第h个干涉信号中拍频为的干涉信号的幅度，相位是由待测声信号引起的同频相位信号，幅度与声信号成正比，为衰落噪声，p为满足的正整数，k为整数且满足；将分别与和相乘，然后分别经过低通滤波，获得对零频正交信号和；利用对零频正交信号和构建个复数；利用个复数构建融合复数；；其中：为由第一个干涉信号构建的复数，其模为，符号*为共轭符号，为第一个干涉信号携带的信号相位，是常数，获得的融合复数的相位为，不再包含衰落噪声；利用的实部和虚部，通过反正切函数，获得相位信息；利用，将转换为，表示第h个双光脉冲注入声基阵时，声基阵位置z处的相位，同时也代表声基阵位置z处探测的声信号的幅值，式中表示传感光纤缠绕在增敏弹性体的缠绕比；将H个相位按访问先后顺序排列，获得时变相位信号，所述时变相位信号代表声基阵位置z处探测的声波时域信号。
[0007]作为优选方案，本专利技术中利用对零频正交信号和构建个复数，方法如下：；本专利技术所述声信号解调方法的最大响应频率为。
[0008]另一方面，本专利技术提供一种声信号解调装置，包括：双光脉冲生成组件，用于生成H个双光脉冲，并以重复频率将生成的H个双光脉冲注入声基阵，其中t时刻双光脉冲中两个光脉冲间存在光频差和相位差，其中C为相位调制幅度，为相位调制频率；数据采集及预处理组件，用于以重复频率获得声基阵返回的H个干涉信号，每个
干涉信号时长相同且为,其中，c表示真空光速，n为声基阵中传感光纤的有效折射率，L为声基阵中传感光纤的长度，第h个干涉信号的交流部分表示为，，第h个干涉信号包含了个不同频率的拍频信号，拍频为，表示第h个干涉信号中拍频为的干涉信号的幅度，相位是由待测声信号引起的同频相位信号，幅度与声信号成正比，为衰落噪声，p为满足的正整数，k为整数且满足；信号处理器，用于获取声基阵位置z处探测的声波时域信号，信号处理过程包括：将分别与和相乘，然后分别经过低通滤波，获得对零频正交信号和；利用2p+1对零频正交信号和构建个复数；利用个复数构建融合复数；利用的实部和虚部，通过反正切函数，获得相位信息；利用,将转换为，表示第h个双光脉冲注入声基阵时，声基阵位置z处的相位，同时也代表声基阵位置z处探测的声信号的幅值，式中表示传感光纤缠绕在增敏弹性体的缠绕比；将H个相位按访问先后顺序排列，获得时变相位信号，为第一个干涉信号携带的信号相位，是常数，所述时变相位信号代表声基阵位置z处探测的声波时域信号。
[0009]作为优选方案，本专利技术所述双光脉冲生成组件包括窄线宽激光器、第一声光调制器、非平衡干涉仪和环形器，窄线宽激光器、第一声光调制器和非平衡干涉仪依次连接；所述窄线宽激光器用于产生高相干连续激光；所述第一声光调制器根据设定的脉冲调制信号周期生成光脉冲，光脉冲重复频率，脉冲宽度；所述非平衡干涉仪用于生成具有时延、光频差和相位差的双光脉冲；双光脉冲从环形器的第二端口注入声基阵，并由环形器的第二端口接收声基阵返回的回光信号，所述返回光信号再从环形器的第三端口输出。
[0010]作为优选方案，本专利技术所述非平衡干涉仪包括第一光纤耦合器、第二声光调制器、相位调制器和第二光纤耦合器，其中第一光纤耦合器的输入端与第一声光调制器的输出端连接，第一光纤耦合器的两个输出端分别与第二声光调制器的输入端和相位调制器的输入端连接，第二声光调制器的输出端和相位调制器的输出端分别与第二光纤耦合器的两个输入端连接，第二光纤耦合器的输出端作为非平衡干涉仪的输出端，用于输出双光脉冲；第二声光调制器用于根据频率为的第一正弦调制信号对光脉冲实施光频移，频移量为，相位调制器用于根据第二正弦调制信号对光脉冲实施正弦光相位调制，调制相位。
[0011]作为优选方案，本专利技术所述双光脉冲生成组件还包括第一光放大器和第一光滤波器，所述非平衡干涉仪的输出端连接有第一光放大器和第一光滤波器，所述非平衡干涉仪
输出的双光脉冲经放大、滤波后从环形器的第二端口注入声基阵。
[0012]作为优选方案，本专利技术所述数据采集及预处理组件包括光电探测器和数据采集卡；所述光电探测器用于获取声基阵返回的返回光信号，并将返回光信号转换成电信号；所述数据采集卡用于根据触发信号和时钟信号对光电探测器输出的电信号进行采集，并提供给信号处理器。
[0013]作为优选方案，本专利技术所述数据采集及预处理组件还包括第二光放大器和第二光滤波器，从环形器的第三端口输出的返回光信号经第二光放大器和第二光滤波器放大、滤波后输入光电探测器。
[0014]作为优选方案，本专利技术还包括信号发生器，所述信号发生器用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.声信号解调方法，其特征在于，包括：生成H个双光脉冲，并以重复频率将生成的H个双光脉冲注入声基阵，其中t时刻双光脉冲中两个光脉冲间存在光频差和相位差，其中C为相位调制幅度，为相位调制频率；以重复频率获得声基阵返回的H个干涉信号，每个干涉信号时长相同且为,其中，c表示真空光速，n为声基阵中传感光纤的有效折射率，L为声基阵中传感光纤的长度，第h个干涉信号的交流部分表示为，，第h个干涉信号包含了个不同频率的拍频信号，拍频为表示第h个干涉信号中拍频为的干涉信号的幅度，相位是由待测声信号引起的同频相位信号，幅度与声信号成正比，为衰落噪声，p为满足的正整数，k为整数且满足；将分别与和相乘，然后分别经过低通滤波，获得对零频正交信号和；利用对零频正交信号和构建个复数；利用个复数构建融合复数；；其中：为由第一个干涉信号构建的复数，其模为，符号*为共轭符号，为第一个干涉信号携带的信号相位，是常数，获得的融合复数的相位为，不再包含衰落噪声；利用的实部和虚部，通过反正切函数，获得相位信息；利用，将转换为，表示第h个双光脉冲注入声基阵时，声基阵位置z处的相位，同时也代表声基阵位置z处探测的声信号的幅值，式中表示传感光纤缠绕在增敏弹性体的缠绕比；将H个相位按访问先后顺序排列，获得时变相位信号，所述时变相位信号代表声基阵位置z处探测的声波时域信号。2.根据权利要求1所述的声信号解调方法，其特征在于，所述声信号解调方法的最大响应频率为。
3.声信号解调装置，其特征在于，包括：双光脉冲生成组件，用于生成H个双光脉冲，并以重复频率将生成的H个双光脉冲注入声基阵，其中t时刻双光脉冲中两个光脉冲间存在光频差Dn和相位差，其中C为相位调制幅度，为相位调制频率；数据采集及预处理组件，用于以重复频率获得声基阵返回的H个干涉信号，每个干涉信号时长相同且为,其中，c表示真空光速，n为声基阵中传感光纤的有效折射率，L为声基阵中传感光纤的长度，第h个干涉信号的交流部分表示为，，第h个干涉信号包含了个不同频率的拍频信号，拍频为，表示第h个干涉信号中拍频为的干涉信号的幅度，相位是由待测声信号引起的同频相位信号，幅度与声信号成正比，为衰落噪声，p为满足的正整数，k为整数且满足；信号处理器，用于获取声基阵位置z处探测的声波时域信号，信号处理过程包括：将分别与和相乘，然后分别经过低通滤波，获得对零频正交信号和；利用对零频正交信号和构建个复数；利用个复数构建融合复数；利用的实部和虚部，通过反正切函数，获得相位信息；利用,将转换为，表示第h个双光脉冲注入声基阵时，声基阵位置z处的相位，同时也代表声基阵位置z处探测的声信号的幅值，式中表示传感光纤缠绕在增敏弹性体的缠绕比；将H个相位按访问先后顺序排列，获得时变相位信号，为第一个干涉信...
【专利技术属性】
技术研发人员：路阳，孟洲，王建飞，陈默，胡晓阳，陈伟，陈羽，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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