【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种相位生成载波-反正切解调法中载波相位延迟和相位调制深度扰动影响消除方法及系统。
技术介绍
1、相位生成载波法具有灵敏度高、动态范围大、线性度好等优点，被广泛应用于法布里-珀罗传感器、迈克尔逊传感器等干涉型光纤传感器解调中。
2、相位生成载波解调法采用经高频载波与待测信号调制的干涉信号，分别与载波一倍频信号和载波二倍频信号进行混乘与滤波，以此构造一对正交信号。其中，高频载波的产生方式有外调制和内调制两种。内调制通过调节激光器电流来实现激光器波长(频率)的调节。然而，采用电流调制光频率时伴随了对光功率的调制，使得原本稳定的光功率上叠加了一个大小与伴生调幅有关的纹波，产生伴生调幅，对解调结果引入非线性误差。外调制通过电光调制器、声光调制器、压电陶瓷等器件产生高频载波调制光源输出光，尽管增大了系统体积，但不引入伴生调幅。无论何种载波调制方法，相位调制深度的扰动均会引起解调结果失真。后续解调这对正交信号的经典方法主要有微分交叉相乘法和反正切法这两种。其中，相位生成载波-微分交叉相乘法的解调结果易受光源扰动影响，相位生成载波-反正切法通过除法运算可消除光源扰动的影响。然而，解调系统中光路传播、电路传输、数模转换等因素会无可避免地引起载波相位延迟，造成解调结果非线性失真。
3、目前，对相位生成载波-反正切算法的改进点在于同时消除相位调制深度扰动、载波相位延迟等非线性因素影响。专利201811358943.6采用6路载波倍频信号进行混乘、谐波幅值提取等运算构造相位延迟修正系数，并通过四象限反正切运算提取
4、上述专利缺乏对相位调制深度扰动或载波相位延迟影响的关注，有的引入多路载波倍频信号，增加了系统复杂度，有的依赖特定的相位调制深度值消除贝塞尔函数项，能消除的非线性影响因素有限。为精确、快速提取待测信号相位，实现纳米级甚至更高精度的实时干涉测量，必须实时消除相位调制深度扰动、载波相位延迟等非线性因素影响，克服现有技术不能同时解决非线性因素影响或算法复杂度高的不足。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提出一种相位生成载波-反正切解调法中载波相位延迟和相位调制深度扰动影响消除方法。本专利技术通过构造反乘系数同时解决了载波相位延迟和相位调制深度扰动引起的解调结果失真问题，算法简单，有利于提高相位解调精度，可用于光源外调制情况下的法布里-珀罗传感器、迈克尔逊传感器、马赫曾德尔传感器等干涉型光纤传感器准确解调。
2、本专利技术提供一种一种相位生成载波-反正切解调法中载波相位延迟和相位调制深度扰动影响消除方法，采用的技术方案包括以下步骤：
3、步骤s1，采用光源外调制模块产生的高频载波调制光源输出的光，再经外界待测信号调制得到干涉光信号i(t)，并通过光电调理模块转换为电信号v(t)。电信号v(t)表示如下：
4、
5、其中，ω0为高频载波的频率；θ为载波相位延迟；a与b为常数项，与干涉光光强有关；c为相位调制深度；为待测相位。
6、步骤s2，电信号v(t)分别与载波一倍频正弦信号gsinω0t、载波一倍频余弦信号gcosω0t、载波二倍频余弦信号hcos2ω0t进行乘法运算，并经低通滤波得到信号psin(t)、p(t)、q(t)。混乘信号psin(t)、p(t)和q(t)分别展开为：
7、
8、
9、
10、其中，g与h分别为载波一倍频信号的幅值与载波二倍频信号的幅值，且g＝h。j1(c)表示关于c的第1阶第一类贝塞尔函数；j2(c)表示关于c的第2阶第一类贝塞尔函数值。
11、步骤s3，运用信号p(t)与信号q(t)进行除法运算，计算公式如下：
12、
13、步骤s4，运用信号psin(t)与信号p(t)进行除法运算，再经反正切运算并求相反数得到载波相位延迟θ，计算公式如下：
14、
15、步骤s5，运用光源外调制模块反馈的相位调制深度c构造第一类贝塞尔函数比值，并与步骤s4所得的载波相位延迟θ构造反乘系数e，计算公式如下：
16、
17、步骤s6，运用步骤s3所得的除法运算结果与步骤s5所得的反乘系数e进行乘法运算，再进行反正切运算并进行高通滤波得到待测相位，计算公式如下：
18、
19、其中，hpf||表示对信号进行高通滤波。至此，完成相位生成载波-反正切解调法的高精度解调。
20、所述方法采用以下系统，光源输出的光输入至光源外调制模块，被所述光源外调制模块产生的高频载波调制后从输出端输出，经待测信号调制为干涉光信号i(t)并输入光电调理模块得到电信号v(t)。所述光电调理模块的输出端分别与载波一倍频正弦信号、载波一倍频余弦信号、载波二倍频余弦信号连接至第一乘法器、第二乘法器和第三乘法器的输入端。所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器的输出端分别连接至第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器的输入端。所述第二低通滤波器的输出端与所述第三低通滤波器的输出端接入第二除法器的输入端。所述第一低通滤波器的输出端与所述第二低通滤波器的输出端接入第一除法器的输入端。所述第一除法器的输出经第一反正切运算器接入取反运算器的输入端。所述取反运算器的输出端与所述光源外调制模块的另一输出端接入反乘系数求解器的输入端。所述第二除法器的输出端与所述反乘系数求解器的输出端接入第四乘法器运算后输入至第二反正切运算器。所述第二反正切运算器经高通滤波器输出待测相位。
21、相比于现有技术，本专利技术提供的技术方案具有以下显著优点：
22、本专利技术根据载波相位延迟影响下的信号特征，在经典相位生成载波-反正切算法基础上引入载波一倍频信号，通过除法运算与反正切运算提取载波相位延迟，并结合光源外调制模块输出的相位调制深度构造反乘系数，通过乘法运算抵消了载波一倍频余弦信号与载波二倍频余弦信号混乘、滤波、相除后所得的除法运算结果的系数。本专利技术通过简单的运算消除了相位生成载波-反正切解调法中载波相位延迟和相位调制深度扰动的影响，有利于提高相位解调稳定度与精度，无需迭代、拟合等复杂运算。
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1.一种相位生成载波-反正切解调法中载波相位延迟和相位调制深度扰动影响消除方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种相位生成载波-反正切解调法中载波相位延迟和相位调制深度扰动影响消除方法采用的系统，其特征在于，所述系统的结构如下，光源(1)输出的光输入至光源外调制模块(2)，被所述光源外调制模块(2)产生的高频载波调制后从第二输出端(2-2)输出，经待测信号调制为干涉光信号I(t)并输入光电调理模块(3)得到电信号V(t)，光电调理模块(3)的输出端分别与载波一倍频正弦信号(4)接入第一乘法器(5)的输入端，与载波一倍频余弦信号(6)接入第二乘法器(7)的输入端，与载波二倍频余弦信号(8)接入第三乘法器(9)的输入端，第一乘法器(5)、第二乘法器(7)、第三乘法器(9)的输出端分别连接至第一低通滤波器(10)、第二低通滤波器(11)、第三低通滤波器(12)的输入端，第二低通滤波器(11)的输出端与第三低通滤波器(12)的输出端接入第一除法器(13)的输入端，第一低通滤波器(10)的输出端与第二低通滤波器(11)的输出端接入第二除法器(14)的输入端，第二除法器(14)
...【技术特征摘要】
1.一种相位生成载波-反正切解调法中载波相位延迟和相位调制深度扰动影响消除方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种相位生成载波-反正切解调法中载波相位延迟和相位调制深度扰动影响消除方法采用的系统，其特征在于，所述系统的结构如下，光源(1)输出的光输入至光源外调制模块(2)，被所述光源外调制模块(2)产生的高频载波调制后从第二输出端(2-2)输出，经待测信号调制为干涉光信号i(t)并输入光电调理模块(3)得到电信号v(t)，光电调理模块(3)的输出端分别与载波一倍频正弦信号(4)接入第一乘法器(5)的输入端，与载波一倍频余弦信号(6)接入第二乘法器(7)的输入端，与载波二倍频余弦信号(8)接入第三乘法器(9)的输入端，第一乘法器(5)、第二乘法器(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：周朕蕊，张国强，邱宗甲，郭少朋，汤贝贝，张萌，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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