本发明专利技术提供一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法、系统、装置及存储介质，包括：获取正弦相位调制干涉仪原始干涉信号；对原始干涉信号低通滤波得到带有直流偏置的同相干涉信号分量；利用载波信号与原始干涉信号进行混频、低通滤波得到正交干涉信号分量；基于同相干涉信号分量和正交干涉信号分量组成的正交干涉信号对根据最小二乘原理进行李萨如椭圆拟合，获得椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径；利用李萨如椭圆拟合获得的椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径对正交干涉信号对进行归一化处理；完成正交干涉信号对的幅值归一化后，进行干涉信号相位的解调。干涉信号相位的解调。干涉信号相位的解调。
【技术实现步骤摘要】
正弦相位调制干涉仪PGC解调方法、系统、装置及存储介质
[0001]本专利技术涉及激光干涉测量
，具体为一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法、系统、装置及存储介质。
技术介绍
[0002]近年来，正弦相位调制干涉仪被越来越多地应用于声波、机械应变等微弱位移量的测量中。为了实现微弱位移量的测量，干涉信号的相位解调是必须的，正弦相位调制干涉仪采用PGC解调方案来实现干涉信号相位的解调。
[0003]PGC解调方案有两种实现路径：Arctangent算法和DCM算法，这两种算法各具优势，Arctangent算法不受条纹可见度的影响，但其解调结果有相对较高的谐波失真；DCM算法谐波失真低，但对光强扰动等因素比较敏感。PGC解调方案因为激光干涉信号参数的变化常常引起非线性误差，例如干涉条纹可见度、光强扰动、载波调制深度的不稳定、载波相位延迟等。
[0004]为了解决上述问题，现有技术在常规PGC解调算法的基础上提出了一系列有效的改进算法来消除相位解调误差，例如PGC
‑
RCM，PGC
‑
DSM
‑
Atan，PGC
‑
DCM
‑
Atan，PGC
‑
DSMI，PGC
‑
Elim
‑
B等等。
[0005]无论常规PGC解调算法还是各种改进的解调算法，都首先利用一倍频和二倍频载波信号与干涉信号进行混频、低通滤波得到同相干涉分量和正交干涉分量。对于PGC
‑
DCM算法来说，干涉信号相位调制深度C的最佳值为2.37rad，使得贝塞尔函数值乘积J1(C)*J2(C)取得最大值0.2243，进而使得相位解调获得最佳的信噪比。对于PGC
‑
Arctan算法来说，要求干涉信号的相位调制深度值为2.63rad，使得贝塞尔函数值J1(C)精确地等于J2(C)，以尽可能保证两路正交干涉分量具有相同的幅值。
[0006]然而，对于正弦相位调制干涉仪来说，由于载波频率通常较大，要使其相位调制深度达到2.37rad或2.63rad，这将耗费较高的设备成本，例如对于电光调制方法来说，要使干涉信号生成如此深度的相位载波，则必须使用昂贵的高压放大驱动器，PGC解调方法中干涉信号的同相分量需要2倍频载波信号与原始干涉信号进行混频和滤波来得到，然而载波信号的倍频处理一方面提高了系统成本，另一方面也会产生一定的相位噪声。
技术实现思路
[0007](一)解决的技术问题
[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供了正弦相位调制干涉仪PGC解调方法、系统、装置及存储介质，解决了上述
技术介绍
中提出对于正弦相位调制干涉仪来说，PGC解调方法中干涉信号的同相分量需要2倍频载波信号与原始干涉信号进行混频和滤波来得到，然而载波信号的倍频处理一方面提高了系统成本，另一方面也会产生一定的相位噪声的问题。
[0009](二)技术方案
[0010]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0011]一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法，包括：
[0012]获取正弦相位调制干涉仪原始干涉信号；
[0013]对原始干涉信号低通滤波得到带有直流偏置的同相干涉信号分量；
[0014]利用载波信号与原始干涉信号进行混频、低通滤波得到正交干涉信号分量；
[0015]基于同相干涉信号分量和正交干涉信号分量组成的正交干涉信号对根据最小二乘原理进行李萨如椭圆拟合，获得椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径；
[0016]利用李萨如椭圆拟合获得的椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径对正交干涉信号对进行归一化处理；
[0017]完成正交干涉信号对的幅值归一化后，进行干涉信号相位的解调。
[0018]优选地，所述对原始干涉信号低通滤波得到带有直流偏置的同相干涉信号分量；利用载波信号与原始干涉信号进行混频、低通滤波得到正交干涉信号分量；包括：
[0019]设相位调制器的驱动信号具有正弦波的形式，频率为ω
c
，相位为θ，则干涉信号的相位中将生成频率为ω
c
正弦载波；
[0020]设被测位移为d(t)，则干涉信号S(t)具有如下形式：
[0021][0022]式中，S0为干涉信号的直流偏置，S1为交流分量的幅值；C为与相位调制器驱动强度有关的相位调制深度；k为波数，k＝2π/λ，λ为激光束的波长；为测量臂和参考臂初始光程差引起的初始相位；
[0023]令被解调相位为并利用第一类阶贝塞尔函数的恒等式和三角函数相关公式将干涉信号(1)分解为各次谐波项之和，则获得分解后的干涉信号：
[0024][0025]式中，J
n
表示n阶第一类贝塞尔函数，n为正整数；分解后的干涉信号中已经包含了同相分量利用滤波方法直接从原始干涉信号中提取出同相分量；
[0026]利用载波信号与原始干涉信号进行混频、滤波得到正交分量，得到正交干涉信号分量对：
[0027][0028]式中，α0、α1、α2为低通滤波器增益系数，同相干涉信号分量I(t)，正交干涉信号分量Q(t)。
[0029]优选地，所述基于同相干涉信号分量和正交干涉信号分量组成的正交干涉信号对根据最小二乘原理进行李萨如椭圆拟合，获得椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径；包括：
[0030]以同相干涉信号分量I(t)作为李萨如图形点的横坐标值，以正交干涉信号分量Q(t)作为李萨如图形点的纵坐标值；
[0031]在N s观测时间内，经过采样，采样频率为fs Hz，处理后得到的正交干涉信号对可以构成Nf
s
个李萨如点；
[0032]设第k个点P
k
的坐标为(i
k
,q
k
)；
[0033]在二维坐标系下(设横坐标为i，纵坐标为q)，椭圆具有如下形式的方程：
[0034]i2+Aiq+Bq2+Ci+Dq+E＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0035]式中，A，B，C，D，E为实系数。对于Nf
s
个李萨如点，根据最小二乘原理，设最小二乘拟合的目标函数为：
[0036][0037]要使函数F取得最小值，则A，B，C，D，E的解必须满足：
[0038][0039]得到A，B，C，D，E的值后可得到完整的李萨如椭圆方程，则李萨如椭圆参数横坐标偏移I
c
，椭圆I轴半径r
i
，以及Q轴半径r
q
的计算公式如下：
[0040][0041]优选地，所述利用李萨如椭圆拟合获得的椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径对正交干涉信号对进行归一化处理，包括：
[0042]对李萨如椭本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法，其特征在于，包括：获取正弦相位调制干涉仪原始干涉信号；对原始干涉信号低通滤波得到带有直流偏置的同相干涉信号分量；利用载波信号与原始干涉信号进行混频、低通滤波得到正交干涉信号分量；基于同相干涉信号分量和正交干涉信号分量组成的正交干涉信号对根据最小二乘原理进行李萨如椭圆拟合，获得椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径；利用李萨如椭圆拟合获得的椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径对正交干涉信号对进行归一化处理；完成正交干涉信号对的幅值归一化后，进行干涉信号相位的解调。2.根据权利要求1所述的一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法，其特征在于，所述对原始干涉信号低通滤波得到带有直流偏置的同相干涉信号分量；利用载波信号与原始干涉信号进行混频、低通滤波得到正交干涉信号分量；包括：设相位调制器的驱动信号具有正弦波的形式，频率为ω
c
，相位为θ，则干涉信号的相位中将生成频率为ω
c
正弦载波；设被测位移为d(t)，则干涉信号S(t)具有如下形式：式中，S0为干涉信号的直流偏置，S1为交流分量的幅值；C为与相位调制器驱动强度有关的相位调制深度；k为波数，k＝2π/λ，λ为激光束的波长；为测量臂和参考臂初始光程差引起的初始相位；令被解调相位为并利用第一类阶贝塞尔函数的恒等式和三角函数相关公式将干涉信号(1)分解为各次谐波项之和，则获得分解后的干涉信号：式中，J
n
表示n阶第一类贝塞尔函数，n为正整数；分解后的干涉信号中已经包含了同相分量利用滤波方法直接从原始干涉信号中提取出同相分量；利用载波信号与原始干涉信号进行混频、滤波得到正交分量，得到正交干涉信号分量对：式中，α0、α1、α2为低通滤波器增益系数，同相干涉信号分量I(t)，正交干涉信号分量Q(t)。3.根据权利要求2所述的一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法，其特征在于，所述基于同相干涉信号分量和正交干涉信号分量组成的正交干涉信号对根据最小二乘原理进行
李萨如椭圆拟合，获得椭圆的中心点I轴坐标值，椭圆在I轴上的半径，在Q轴上的半径；包括：以同相干涉信号分量I(t)作为李萨如图形点的横坐标值，以正交干涉信号分量Q(t)作为李萨如图形点的纵坐标值；在N s观测时间内，经过采样，采样频率为fs Hz，处理后得到的正交干涉信号对可以构成Nf
s
个李萨如点；设第k个点P
k
的坐标为(i
k
,q
【专利技术属性】
技术研发人员：张烈山，邓惠铭，肖武，方文俊，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：
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