一种超高频目标振动特征提取方法技术

一种超高频目标振动特征提取方法涉及激光相干测振技术领域，解决了对激光超高频测振系统目标振动信息的提取的准确度仍需提高的问题，该方法为：根据基带信号的同相载波信号I和基带信号的正交载波信号Q之间的幅值偏差、I与理想载波信号频率之间的偏差、以及Q与理想载波信号频率之间的偏差，计算得到相位误差增益因子；利用包含相位误差增益因子的目标振动信息补偿算法模型得到目标振动信息。本发明专利技术对幅值和频率偏差引起的相位误差进行量化补偿，减小两路载波调制不均对解调精度的影响，实现超高频微振动信号的高精度解调。超高频微振动信号的高精度解调。超高频微振动信号的高精度解调。

【技术实现步骤摘要】
一种超高频目标振动特征提取方法


[0001]本专利技术涉及激光相干测振
，具体涉及一种超高频目标振动特征提取方法。

技术介绍

[0002]在激光多普勒超高频微振动测量领域，目标振动解调算法主要包括微分交叉相乘算法和反正切鉴相算法，其中反正切因实现方式简单且能抑制幅值噪声而成为解调的主流方式。传统的反正切解调方式只需要根据简单的三角函数关系即可恢复目标调制产生的相位，进而提取目标振动信息。
[0003]传统的反正切微振动信号解调算法依赖探测器输出光电流信号的正交性，利用正交基带信号对微振动信号进行高精度解调。由于基带信号的幅值和相位实际测量值与理论值存在偏差，传统反正切算法若按理想正交方式对微振动信号进行解调会导致解调精度下降，不能准确提取微振动信号特征。
[0004]因此，需要设计一种新的解调算法研究以实现超高频微振动信号的高精度解调。

技术实现思路

[0005]为了解决对激光超高频测振系统目标振动信息的提取的准确度仍需提高的问题，本专利技术提供一种超高频目标振动特征提取方法。
[0006]本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种超高频目标振动特征提取方法，包括：
[0008]步骤一、根据基带信号的同相载波信号I和基带信号的正交载波信号Q之间的幅值偏差ΔU、I与理想载波信号频率之间的偏差f
ei
、以及Q与理想载波信号频率之间的偏差f
eq
，计算得到相位误差增益因子δ；
[0009]步骤二、利用包含δ的目标振动信息补偿算法模型得到目标振动信息。
[0010]本专利技术的有益效果是：
[0011]本专利技术的一种超高频目标振动特征提取方法对幅值和频率偏差引起的相位误差进行量化补偿，减小两路载波调制不均对解调精度的影响。利用目标振动信息补偿算法模型对目标振动引起的相位进行精确补偿，因此可对目标振动信息进行精确提取，实现超高频微振动信号的高精度解调。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的一种超高频目标振动特征提取方法的流程图。
[0013]图2为本专利技术的一种超高频目标振动特征提取方法的正交解调过程图。
[0014]图3为本专利技术的一种超高频目标振动特征提取方法的反正切解调过程图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0016]一种超高频目标振动特征提取方法，如图1，方法具体为：
[0017]让光电流信号分别与两路载波信号做混频并通过低通滤波器，保留包含目标振动信息的差频分量，去除包含高频噪声的和频分量，得到两路正交I&Q基带信号。
[0018]两路I&Q基带信号(I是指基带信号的同相载波信号和Q是指基带信号的正交载波信号)的幅值和频率由于噪声的影响总会存在一定的偏差，导致反正切解调出的目标振动信息也存在偏差，因此需要采用相位补偿对目标振动信息进行精确解调。假设两路载波信号的幅值偏差为ΔU，两路载波信号与理想载波信号频率之间的偏差分别为f
ei
和f
eq
。因此，两路基带信号可以表示为
[0019][0020]其中，u
i
(t)表示基带信号的同相载波信号的幅值，u
q
(t)表示基带信号的正交载波信号的幅值，U表示理想载波信号的幅值，ΔU表示同相载波信号和正交载波信号的幅值偏差，f
ei
表示同相载波信号与理想载波信号频率之间的偏差，f
eq
表示正交载波信号与理想载波信号频率之间的偏差，t表示时间，f
c
表示理想载波信号频率。
[0021]为了得到目标振动信息，本专利技术让光电流信号分别与两路载波信号做混频并混频后通过低通滤波器，保留包含目标振动信息的差频分量，去除包含高频噪声的和频分量，得到两路正交I&Q基带信号。如图2示出了正交解调过程：光电流信号与正弦载波信号sin(2πf
AOM
t)在第一混频器1中做相干混频，再通过第一低通滤波器2滤除混频后产生的差频分量，光电流信号与余弦载波信号cos(2πf
AOM
t)分别在第二混频器3中做相干混频，再通过第二低通滤波器4滤除混频后产生的差频分量，保留包含目标振动信息的差频分量，得到相互正交的基带信号，正交基带信号是后续信号处理的重要前提。图2中的sin(2πf
AOM
t)表示同相载波信号，cos(2πf
AOM
t)表示正交载波信号，f
AOM
表示声光调制器的载波频率。
[0022][0023]其中，I(t)表示基带信号的同相载波信号，Q(t)表示基带信号的正交载波信号，Δi(t)表示光电流信号，h
LPF
表示低通滤波器的传递函数，K表示光电转换参数，P
m
和P
r
分别表示测量光和本振光的功率，表示包含目标位移信息s(t)的相位信息，为延迟相位，λ表示测量光的波长。
[0024]从两路基带信号的表达式公式(2)中，可以推导出包含目标位移信息s(t)、幅值偏差ΔU以及频率偏差f
ei
和f
eq
的计算相位值
[0025][0026]在此基础上，我们定义包含相位信息和偏差信息的相位误差增益因子，
[0027][0028]载波信号的不稳定引起的相位偏差可以表示为相位误差增益因子的表达式，
[0029][0030]其中，表示同相载波信号和正交载波信号的不稳定引起的相位偏差，即上述
[0031]幅值偏差ΔU是一个极小量，频率偏差f
ei
和f
eq
两者近似相等，因此相位误差增益因子δ是一个极小量，本专利技术可以利用泰勒级数展开式对f(δ)进行泰勒展开，进而得到
[0032][0033]其中，o(
·
)表示高阶无穷小。
[0034]至此，得到了包含相位误差增益因子δ的目标振动信息补偿算法模型。首先根据两路载波信号的幅值偏差ΔU和频率偏差得到相位误差增益因子，再利用目标振动信息补偿算法模型得到目标振动信息的真实值。
[0035]所述目标振动信息包括目标位移信息、目标速度信息和目标加速度信息。如图3，示出了反正切解调过程：I&Q两路基带信号经过对应的低通滤波器后得到公式(2)的I(t)和Q(t)，I(t)和Q(t)均在除法器5中做除法运算(公式(3))，然后在反正切运算器6中对包含目标振动信息的正切函数做解调(对应f(δ))，得到包含目标振动特性的相位信息，该相位信息再利用相位解缠模块7(即利用相位解缠算法)使得相位信息连续，连续相位信息进入带通滤波器8后即可得到目标位移信息，目标位移信息在微分器9中经过一次微分运算即可得到目标速度信息，经过二次微分运算即可得到目标加速度信息。
[0036]激光多普勒超高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高频目标振动特征提取方法，其特征在于，包括：步骤一、根据基带信号的同相载波信号I和基带信号的正交载波信号Q之间的幅值偏差ΔU、I与理想载波信号频率之间的偏差f
ei
、以及Q与理想载波信号频率之间的偏差f
eq
，计算得到相位误差增益因子δ；步骤二、利用包含δ的目标振动信息补偿算法模型得到目标振动信息。2.如权利要求1所述的一种超高频目标振动特征提取方法，其特征在于，所述目标振动信息补偿算法模型为：其中，表示相位值，表示包含目标位移信息s(t)的相位信息，为延迟相位，λ表示测量光的波长，o(
·
)表示高阶无穷小。3.如权利要求2所述的一种超高频目标振动特征提取方法，其特征在于，所述I和Q表示为：其中，u
i
(t)表示基带信号的同相载波信号的幅值，u
q
(t)表示基带信号的正交载波信号的幅值，U表示理想载波信号的幅值，ΔU表示同相载波信号和正交载波信号的幅值偏差，f
ei
表示同相载波信号与理想载波信号频率之间的偏差，f
eq
表示正交载波信号与理想载波信号频率之间的偏差，t表示时间，f
c
表示理想载波信号频率。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏春回，姚东，孟令通，王含宇，蒋春明，梁瀚钢，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：