[发明专利]基于相位斜率确定单色频率干涉级次的低相干干涉解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别是涉及低相干干涉技术中的一种单色频率干涉级次的确定方法。

背景技术

针对低相干干涉条纹的解调，人们提出了许多种不同的信号处理方法，大多可以归为以下三类：干涉包络峰值探测法，相位峰值或波峰级次确定法，和空间频域算法。

例如：G.S.Kino，S.S.C.Chim和P.Sandoz等人分别将Fourier,Hilbert和Wavelet变换技术应用到低相干干涉中用于提取干涉包络，通过包络峰值实现解调(G.S.Kino,and S.S.C.Chim,Applied optics 29,3775-3783(1990);S.S.C.Chim,and G.S.Kino,Applied optics 31,2550-2553(1992);P.Sandoz,Optics Letters 22,1065-1067(1997).)。

1996年，K.G.Larkin将相移技术引入到低相干干涉信号处理中(K.G.Larkin,JOSA A 13,832-843(1996).)，通过相移法提取出干涉包络；1997年，P.Sandoz等人通过结合低相干干涉信息和相移技术构造了一个阶梯函数用于确定波峰级次，实现高精度解调(P.Sandoz,R.Devillers,and A.Plata,Journal of modern optics 44,519-534(1997).)；2000年，A.Harasaki等人提出了一种逐次比较算法，通过比较包络解调结果和相位解调结果来消除相位的2π的不确定性(A.Harasaki,J.Schmit,and J.C.Wyant,Applied optics 39,2107-2115(2000).)。

1995年，de Groot等人首先提出了空间频域算法(SFD)(P.de Groot,and L.Deck,Journal of modern optics 42,389-401(1995).)，并于2002年提出改进型SFD算法(P.De Groot,X.Colonna de Lega,J.Kramer,and M.Turzhitsky，Applied optics 41,4571-4578(2002).)。SFD算法直接通过相位斜率进行解调，精度较低；改进型SFD算法通过提取宽带光源中的一个单色频率并恢复出其绝对相位以实现解调，这种方法在理论上能够达到激光干涉的精度而没有相位模糊的问题。但是，改进型的SFD算法在单色频率干涉级次的确定上主要依赖实际处理中获得的经验参数，需要进行复杂的相位偏置分析，来补偿由于双折射光楔的色散等因素导致的相位漂移，如果不能对相位漂移进行较好地估测就会出现干涉级次的误判，进而出现伪阶越误差，限制了方法的应用。

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于相位斜率确定单色频率干涉级次的低相干干涉解调方法，利用简单、有效的标定处理方法，通过建立相位斜率和某一特定单色频率绝对相位之间的标定关系，实现了利用低精度的相位斜率确定单色频率的干涉级次。

本发明提出了一种基于相位斜率确定单色频率干涉级次的低相干干涉解调方法，其特征在于，利用低精度的相位斜率和一个标定函数来估测一个特定单色频率的绝对相位，然后通过估测的绝对相位和Fourier变换得到的该单色频率的相对相位之间的相位差来确定其干涉级次，恢复出该单色频率的绝对相位用于低相干干涉解调，该方法包括以下步骤：

步骤（1）、进行标定实验，确定标定函数，实验中控制大气压强以一定的压强间隔单调递增，压强范围覆盖全部测量范围，压强间隔的选取需满足：压强间隔变化引起的相位变化量不超过π/2，具体包括以下三个步骤：

随着大气压强的单调递增变化，分别获得相位斜率数组σ_i和对应的特定单色频率Ω_k的相对相位数组φ_i(Ω_k)，其中，相对相位数组φ(Ω_k)通过Fourier变换得到，i为压强变化序列号(i＝1,2,...N)，起始压强对应数组序列号1，终止压强对应数组序列号N；

对相对相位数组φ_i(Ω_k)按照下面的递归表达式进行相位展开以获得绝对相位数组

上式中，floor[]函数返回小于或等于括号中参量的最大整数；