本发明专利技术涉及一种光强信号的反正切相位解调方法及解调装置，方法包括：获取三端耦合器输出的三路初始光强信号；对三路所述初始光强信号进行一致性调整后得到三路目标光强信号；基于反正切解调算法对三路所述目标光强信号进行处理得到初始相位信号；根据所述初始相位信号采用二次解卷绕方法得到实际相位信号；获取非振动区域内的相位信号，以得到参考相位信号；根据所述实际相位信号和所述参考相位信号得到所述待测相位信号，以完成对振动区域内振动信号的振动探测。本申请通过提出一种基于反正切算法的三端口解调方案，使得通过动态比例调整，补偿了三路光强的不一致性；并且利用非振动段的参考相位信号作为基准值，消除数据累计带来的基线漂移。计带来的基线漂移。计带来的基线漂移。
【技术实现步骤摘要】
一种光强信号的反正切相位解调方法及解调装置
[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种光强信号的反正切相位解调方法及解调装置。
技术介绍
[0002]相位敏感光时域反射(φ
‑
OTDR)是一种分布式光纤振动传感技术，具有响应速度快、传输距离长和灵敏度高等特点，在周界入侵监测、油田管道泄露检测、以及地质灾害监控预警等领域显示出巨大的应用潜力。Φ
‑
OTDR使用窄线宽激光器作为光源，当传感光纤受到外界扰动时，扰动位置处的局部折射率被调制，进而引起扰动位置的回波
‑
后向瑞利散射光(RBS)发生相位变化。基于φ
‑
OTDR的相位解调算法就是通过检测和解析这种变化，获取外界扰动的信号，实现振动探测。
[0003]现有技术中相位解调方法主要包括以下两种方式：第一种相位解调方法为通过光路处理直接得到两路交流光信号，然后两路光信号求和和求差获得两路正交信号，再通过正交解调解调出相位信号。但由于该方式未考虑3*3耦合器三路输出的不一致性，导致解调后相位信号容易引入相位误差；第二种相位解调方法为利用本征光与后向瑞利散射光干涉的相干探测结构，经光电转化、信号混频、滤波后，对两束正交光进行微分交叉相乘相减操作，得到传感光信号的相位信号。但由于微积分算法的精度依赖于采集频率的大小，且积分过程容易引入基线漂移，导致解调后的相位信号受噪声影响较大。
[0004]因此，需要提供一种能够保证三路光强的一致性并且有效消除数据累计带来的基线漂移并且算法运算简单的反正切相位解调方法来解决上述技术问题。
技术实现思路
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了光强信号的反正切相位解调方法。解决了现有技术中的相位解调方法未考虑3*3耦合器三路输出的不一致性，导致解调后相位信号易引入相位误差或采用微积分算法容易引入基线漂移，导致解调后的相位信号受噪声影响的技术问题。
[0006]本专利技术的技术效果通过如下实现的：
[0007]一种光强信号的反正切相位解调方法，包括：
[0008]获取三端耦合器输出的三路初始光强信号，三路所述初始光强信号包括振动区域内的待测相位信号；
[0009]对三路所述初始光强信号进行一致性调整后得到三路目标光强信号；
[0010]基于反正切解调算法对三路所述目标光强信号进行处理得到初始相位信号；
[0011]根据所述初始相位信号采用二次解卷绕方法得到实际相位信号；
[0012]获取非振动区域内的相位信号，以得到参考相位信号；
[0013]根据所述实际相位信号和所述参考相位信号得到所述待测相位信号，以完成对所述振动区域内振动信号的振动探测。
[0014]进一步地，对三路所述初始光强信号进行一致性调整后得到三路目标光强信号，包括：
[0015]从三路所述初始光强信号中选取一路作为校准光强信号；
[0016]基于所述校准光强信号计算三路所述初始光强信号分别对应的光强差异系数，以得到一致性调整后的三路目标光强信号。
[0017]进一步地，对三路所述初始光强信号进行一致性调整后得到三路目标光强信号，之前包括：
[0018]简化三路所述初始光强信号分别得到每一路所述初始光强信号对应的光强表达式，以更新所述初始光强信号。
[0019]进一步地，所述光强表达式为不同时刻下的光强信号，所述光强表达式的参数包括在所述振动区域内的不同探测位置上的输出光强的平均值和在所述振动区域内的不同探测位置上的输出光强的交流系数。通过从输出初始光强信号的三路中选取一路作为校准路，并基于校准路的初始光强信号对三路初始光强信号进行一致性调整，以保证一致性调整后的三路初始光强信号幅值均衡，频率相同，相位两两相差2π/3，实现了三路初始光强信号的实时对齐。
[0020]进一步地，基于反正切解调算法对三路所述目标光强信号进行处理得到初始相位信号，包括：
[0021]根据三路所述目标光强信号构建具有正切关系的正弦项信号和余弦项信号；
[0022]基于反正切解调算法对所述正弦项信号和所述余弦项信号进行反正切计算得到初始相位信号。
[0023]进一步地，根据所述初始相位信号采用二次解卷绕方法得到实际相位信号，包括：
[0024]对所述初始相位信号进行一阶微分处理得到对应的一阶微分信号；
[0025]对所述一阶微分信号进行解卷绕操作得到实际相位信号。
[0026]进一步地，对所述一阶微分信号进行解卷绕操作得到实际相位信号，包括：
[0027]判断所述一阶微分信号是否大于等于
‑
π且小于等于π；
[0028]若是，则将所述一阶微分信号作为实际相位信号；
[0029]若否，则当所述一阶微分信号大于π时，将所述一阶微分信号与2π作差得到实际相位信号；当所述一阶微分信号小于
‑
π时，将所述一阶微分信号与2π作和得到实际相位信号。由于传统的解卷绕方式当真实值实际变化在范围内时计算结果是准确的；然而当真实值的实际跳变大于时，会由于解缠绕将其误判为被缠绕值，而引入误差。因此，本申请提出了二次解卷绕方法，使得在通过反正切解调算法对所述正弦项信号和所述余弦项信号进行反正切计算得到初始相位信号后，再根据初始相位信号的一阶微分数据进行解卷绕操作以将二次解卷绕后的结果作为实际解卷绕的结果，从而扩大了相位变化的动态范围，还原得到实际相位信号。
[0030]进一步地，获取非振动区域内的相位信号，以得到参考相位信号，包括：
[0031]获取非振动区域内在振动探测过程中若干个连续的采集周期的相位信号；
[0032]根据所述非振动区域内的所述若干个连续的采集周期的相位信号得到对应的相位差分信号，以作为参考相位信号。
[0033]进一步地，根据所述实际相位信号和所述参考相位信号得到所述待测相位信号，
包括：
[0034]获取所述振动区域内所有探测位置在所述任意时刻下的实际相位信号；
[0035]将所有探测位置对应的所述实际相位信号均与所述参考相位信号作差得到最终相位信号以计算出所述待测相位信号。通过引入非振动区域的差分信号作为基准值，消除了周期性数据之间的固有漂移，提高了待测相位信号的还原程度。
[0036]另外，还提供一种光强信号的反正切相位解调装置，包括：
[0037]光强信号获取模块：用于获取三端耦合器输出的三路初始光强信号，三路所述初始光强信号包括振动区域内的待测相位信号；
[0038]一致性调整模块：用于对三路所述初始光强信号进行一致性调整后得到三路目标光强信号；
[0039]反正切解调模块：用于基于反正切解调算法对三路所述目标光强信号进行处理得到初始相位信号；
[0040]二次解卷绕模块：用于根据所述初始相位信号采用二次解卷绕方法得到实际相位信号；
[0041]参考相位得到模块：用于获取非振动区域内的相位信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光强信号的反正切相位解调方法，其特征在于，包括：获取三端耦合器输出的三路初始光强信号，三路所述初始光强信号包括振动区域内的待测相位信号；对三路所述初始光强信号进行一致性调整后得到三路目标光强信号；基于反正切解调算法对三路所述目标光强信号进行处理得到初始相位信号；根据所述初始相位信号采用二次解卷绕方法得到实际相位信号；获取非振动区域内的相位信号，以得到参考相位信号；根据所述实际相位信号和所述参考相位信号得到所述待测相位信号，以完成对所述振动区域内振动信号的振动探测。2.根据权利要求1所述的光强信号的反正切相位解调方法，其特征在于，对三路所述初始光强信号进行一致性调整后得到三路目标光强信号，包括：从三路所述初始光强信号中选取一路作为校准光强信号；基于所述校准光强信号计算三路所述初始光强信号分别对应的光强差异系数，以得到一致性调整后的三路目标光强信号。3.根据权利要求2所述的光强信号的反正切相位解调方法，其特征在于，对三路所述初始光强信号进行一致性调整后得到三路目标光强信号，之前包括：简化三路所述初始光强信号分别得到每一路所述初始光强信号对应的光强表达式，以更新所述初始光强信号。4.根据权利要求3所述的光强信号的反正切相位解调方法，其特征在于，所述光强表达式为不同时刻下的光强信号，所述光强表达式的参数包括在所述振动区域内的不同探测位置上的输出光强的平均值和在所述振动区域内的不同探测位置上的输出光强的交流系数。5.根据权利要求4所述的光强信号的反正切相位解调方法，其特征在于，基于反正切解调算法对三路所述目标光强信号进行处理得到初始相位信号，包括：根据三路所述目标光强信号构建具有正切关系的正弦项信号和余弦项信号；基于反正切解调算法对所述正弦项信号和所述余弦项信号进行反正切计算得到初始相位信号。6.根据权利要求5所述的光强信号的反正切相位解调方法，其特征在于，根据所述初始相位信号采用二次解卷绕方法得到实际相位信号，包括：对所述初始相位信号进行一阶微分处理得到对应的一阶微分...
【专利技术属性】
技术研发人员：阮林萍，马连航，文亮，吴春，王方瑞，
申请(专利权)人：中电海康集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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