[发明专利]一种基于可变锁相频综的光载微波信号大动态宽带解调系统

说明书

本发明公开了一种基于可变锁相频综的光载微波信号大动态宽带解调系统，所述光电转换模块输出端与射频信号处理模块输入端进行连接，所述光电转换模块完成光信号到电信号的转换功能，输出信号形式为外差调频信号；所述射频信号处理模块得到确定带宽的中频信号并送入模数转换模块；所述模数转换模块对确定带宽的中频信号进行带通采样，实现中频信号的模数转换；所述可变锁相频综模块基于锁相技术产生混频所需本振信号，本振信号频率大小由实时数字信号处理模块控制；所述实时数字信号解调处理模块完成传感信号的解调。本发明系统架构简单，数字信号处理平台的解调精度高、速度快、鲁棒性强，且无需系统参数校准。

技术领域

本发明涉及一种光纤传感信号解调技术，尤其涉及的是一种基于可变锁相频综的光载微波信号大动态宽带解调系统。

背景技术

光纤传感因具有灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、耗能少、测量安全、光纤柔性质轻等优势在很多特殊环境下应用广泛，该传感技术是通过待测量调制光纤内传输的光波，使传输光的强度(振幅)、相位、频率或偏振态等物理特性发生变化，再对被调制的光信号进行检测，从而得出被测量的一种新型传感技术。光纤传感器按对光调制方式的不同可分为强度调制型、相位调制型、偏振调制型等不同工作原理的光纤传感器。其中干涉型光纤传感也就是相位调制型光纤传感器以波长为度量单位，这使得干涉型光纤传感器测量精度最高。新型光无源器件光纤光栅与光纤天然兼容，很容易在一根光纤上构成光纤光栅阵列。光纤光栅除具有普通光纤的特性之外，还具有一些独特的性质，光纤光栅因布拉格波长易受应力和温度等物理量的影响而广泛应用于传感系统中。基于光纤光栅的光纤激光传感器是一种有源的传感系统，与无源的光纤光栅传感系统相比具有信噪比更高、线宽更窄等优点，因此具有更高的分辨率。在无外界调制作用时，光纤激光传感器干涉输出的拍频为一固定值，且频差往往达到射频波段。当有外界调制作用于光纤激光传感器时，会改变其输出的拍频频率，即发生频率偏移，因此通过检测拍频频率变化可以达到检测外界物理量的目的。光纤激光传感器灵敏度极高，如配以高性能的解调系统，可实现对待测量的高灵敏、高分辨率、大动态范围、宽频带检测，因而其在一些特殊的测量领域具有广阔的应用前景，如用于卫星平台微振动加速度、水下声场微弱声压等信号的检测。

通过对光纤传感器光载微波信号的解调，可以获得信号的频率、幅度等信息。但光纤光栅对于温度和应力都是敏感的，当光纤光栅受到应力作用或所处环境温度变化时，布拉格波长都会发生变化。光纤光栅对温度和应力存在交叉敏感，实际测量中温度和应力可能同时存在，其在单一温度或应力作用下的传感应用必须采取措施进行补偿。另外，因加工工艺和光纤特性限制，光纤激光传感器在无外界调制作用时输出拍频频率难以准确控制，通常无调制作用时各传感器的中心频率不一致，这为解调实现带来挑战。常规的频谱分析技术资源消耗大、分辨率受诸多因素限制，难以实时准确地对待测信号进行恢复，因此需要借助专门的解调方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有模拟解调方案、频谱分析技术在解调动态传感信号上明显不足，提供了一种基于可变锁相频综的光载微波信号大动态宽带解调系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括光电转换模块、射频信号处理模块、可变锁相频综模块、模数转换模块、实时数字信号解调处理模块、系统时钟模块、温度传感模块、温控模块；

所述光电转换模块输入为光纤激光传感器的光载微波信号，输出端与射频信号处理模块输入端进行连接，所述光电转换模块完成光信号到电信号的转换功能，输出信号形式为外差调频信号；

所述射频信号处理模块对含有传感信息的射频信号进行自动增益放大、带通滤波、混频，获得确定带宽的中频信号并送入模数转换模块；

所述模数转换模块对确定带宽的中频信号进行带通采样，实现中频信号的模数转换，输出的数字信号送实时数字信号解调处理模块；

所述可变锁相频综模块基于锁相技术产生混频所需本振信号，本振信号频率大小由实时数字信号处理模块控制；