[发明专利]一种基于光纤光栅水听器阵列的相位调制解调装置

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅水听器阵列的相位调制解调装置，其采用光纤光栅作为水听器的组成器件，并且采用了带有法拉第旋转镜的反射式相位调制器，使结构变得更加简单，降低了成本；同时本发明采用π/2相位调制法，可以直接通过采点分离出两路正交信号，而不需要通过一般的与参考信号混频滤波处理，简化了算法复杂度，降低了相位噪声，使系统的适用性更强。

技术领域

本发明属于水听器信号解调技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅水听器阵列的相位调制解调装置。

背景技术

声波是在海洋中唯一能够远距离传播的能量形式，而水听器则是海洋中检测声波信号的基本器件。光纤水听器具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐水下恶劣环境等特点，随着海洋科学的发展，大规模和小型化已成为光纤水听器阵列发展的重要方向。然而随着应用的深入，传统的光纤水听器阵列体现出了它的局限性，主要体现在传统的水听器阵列结构复杂、可检测的动态范围小、解调算法比较复杂等，所以寻求一种简单易行、可靠性高的系统结构已成为大规模小型化光纤水听器阵列发展必须解决的问题。

传统的光纤水听器阵列系统采用波分复用、时分复用及时分和波分混合复用方案实现了基元数的成倍增长，再通过解调算法得到外界扰动信号所带来的相位信息。一般的解调方案有3×3耦合器法、PGC(相位产生载波技术)法和外差法等，不同的解调方案会得到不同的灵敏度和动态范围等对于光纤水听器阵列来说非常重要的指标参数，但这些解调方案都会在解调终端与参考信号进行混频来得到两路正交信号，再通过DCM(方向余弦矩阵)算法或反正切算法得到所求的相位信息。无疑这些方法解调结构较复杂，解调算法也比较臃肿，影响了光纤水听器阵列系统的性能。

公开号为CN106052843A的专利提出了一种外差干涉式光纤水听器时分复用阵列及解调方法，包括窄线宽激光器、第一耦合器、第一声光调制器、第二声光调制器、第一光纤延时环、第二耦合器、第一环形器、第二环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、参考探头和水听器传感阵列；传感阵列采用并联结构，脉冲光通过延时环分时进入阵列的各个探头，产生传感光信号，参考探头用于产生参考光信号，传感光信号与参考光信号经光电探测器采集后变为模拟电信号，通过信号解调模块分别对其进行模数转换，并由反正切算法，解调出传感阵列感知的水声信号。然而，该专利技术方案结构比较复杂，引入了参考信号，并且解调算法中还需进行混频滤波处理，提高了相位噪声，增加了解调算法的复杂度。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于光纤光栅水听器阵列的相位调制解调装置，该装置系统利用匹配干涉仪中的相位调制器引入π/2相位方波信号，从而利用该方波信号的正交性，对干涉信号进行采样得到两路正交信号继而求出所需的传感信息。

一种基于光纤光栅水听器阵列的相位调制解调装置，包括：激光器、光脉冲调制器、环形器、光纤光栅水听器阵列、感应线圈、迈克尔逊匹配干涉仪、光电探测器以及模数转换器；其中：

所述激光器用于发射连续的相干光，该连续的相干光经所述光脉冲调制器强度调制后得到一连串的第一周期光脉冲；

所述光纤光栅水听器阵列由多个光纤布拉格光栅依次排列组成，相邻两个光纤布拉格光栅组合构成一个法布里-珀罗腔，所述感应线圈对应嵌设于每个法布里-珀罗腔中，外部传感信号通过感应线圈作用于法布里-珀罗腔，通过腔长的变化引起光相位的变化，由此所述第一周期光脉冲经过环形器进入光纤光栅水听器阵列后返回一连串带有相位信息的第二周期光脉冲；