[实用新型]一种采用模拟前端的数字相位生成载波解调装置

说明书

技术领域

本实用新型属于相位生成载波解调领域。

背景技术

干涉型光纤传感系统通过检测光纤中传播的光信号的相位变化测量被测对象，因此相位解调方法至关重要。目前常用的方法主要有主动零差解调法、合成外差解调法、伪外差解调法和相位生成载波(PGC)解调法。

相位生成载波(PGC)解调方法采用不平衡干涉仪，通过对光信号的频率进行高频调制，从而在干涉仪中引入远离被测信号频带的某一固定频率的大幅度相位调制信号，使被测信号成为调制信号的边带，然后利用相关检测和微分交叉相乘(DCM)算法分离干涉仪输出的被测信号和低频带外噪声，再通过积分器和高通滤波器得到稳定的被测信号。

目前，PGC解调方法可以分为模拟解调和数字解调。模拟解调使用模拟电路实现解调算法。具体的讲，就是通过运算放大器搭配不同的无源器件结构构成混频器、低通滤波器、微分器、乘法器、减法器、积分器、高通滤波器等解调单元，实现对干涉信号的相位解调。但是，PGC解调方法对模拟电路的对称性要求极高，否则干涉信号分别与一倍频载波和二倍频载波混频得到的两路信号会引入额外的相位噪声，影响解调精度。数字解调使用数字信号处理技术实现解调方法。首先通过数据采集卡将干涉信号和调制信号进行模数转换得到数字化信息，再通过解调方法实现的一系列数字解调单元，得到干涉信号的相位信息。数字解调虽然在体积、功耗、灵活性等方面都有模拟解调难以企及的优点，但是由于干涉信号的频带一般比较高，同时为了尽可能多的保留谐波信息，要求数据采集的采样率非常高，通常达到100MHz以上，由此带来的海量数据处理问题提高了解调复杂度，增加了解调响应时间。另外，要提高PGC解调方法的动态范围，就要提高调制信号频率，即载波频率。在数字解调方法中，需要相应的提高采样率，从而进一步恶化了复杂度和响应时间，并且动态范围受到数字解调方法本质的限制，不可能达到很高的水平。

实用新型内容

本实用新型针对传统数字解调方法存在的响应时间长、动态范围低、算法复杂度高等问题，同时避免采用全模拟解调带来的额外噪声，提出一种采用模拟前端的数字相位生成载波(PGC)解调装置。

本实用新型的技术方案如下：一种采用模拟前端的数字相位生成载波解调装置，其特征在于所述装置由模拟解调、数字补偿和数字解调模块组成：

所述模拟解调模块是使用模拟电路实现干涉信号与一倍频载波和二倍频载波的混频，以及使用6阶贝塞尔低通滤波器，将高频干涉信号转换为滤除载波及高次谐波后的低频信号；

所述数字补偿模块是由数据采集卡、失调补偿单元和相位补偿单元组成，数据采集卡实现模拟解调输出的模数转换，得到2路低频数字信号；失调补偿单元调节2路数字信号的直流偏置量，消除模拟解调引入的失调量；相位补偿单元调节2路数字信号的相位，消除模拟解调引入的相位噪声；

所述数字解调模块是使用微分交叉相乘(DCM)单元、减法单元、积分单元和高通滤波单元，将2路低频信号解调为被测信号，实现数字相位生成载波解调。

进一步的技术方案是：

所述模拟解调模块包括双通道的混频器和6阶贝塞尔低通滤波器，每一个通道的混频器和6阶贝塞尔低通滤波器依次连接，模拟解调模块的输入包括干涉信号、一倍频载波和二倍频载波，模拟解调的输出连接到数字补偿的输入。

所述数字补偿模块包括数据采集卡、失调补偿单元和相位补偿单元，数据采集卡、失调补偿单元和相位补偿单元均是双通道，每个通道依次顺序连接，数字补偿的输入与模拟解调的输出连接，数字补偿的输出与数字解调的输入连接。

所述数字解调模块包括微分交叉相乘单元、减法单元、积分单元和高通滤波单元，微分交叉相乘单元是双通道，其输入即为数字解调的输入，微分交叉相乘单元的2路输出连接减法单元的两路输入，减法单元的输出为单路；减法单元、积分单元和高通滤波单元均是单通道，依次顺序连接。

本实用新型技术方案带来的有益效果如下：

1、本实用新型采用模拟解调实现干涉信号与一倍频载波和二倍频载波的混频，以及混频后的低通滤波。数字补偿的数据采集卡只需要采集滤除载波及高次谐波后的低频信号，采样率可以降低为现有数字解调方法的1％，与现有数字解调方法相比，可以显著减少解调响应时间。

2、本实用新型采用模拟解调实现干涉信号与一倍频载波和二倍频载波的混频，以及混频后的低通滤波。去除了现有数字解调中的混频算法和低通滤波算法，降低了算法复杂度。

3、本实用新型涉及的数字补偿消除了模拟解调引入的相位噪声和失调量，与现有模拟解调方法相比，提高了解调精度。