[发明专利]对相位延迟和调制深度不敏感的PGC-DCDM解调方法

说明书

本发明公开了一种对相位延迟和调制深度不敏感的PGC‑DCDM解调方法。正弦相位调制数字干涉信号分别与一阶和二阶参考信号相乘并低通滤波，获得一对关于待测相位的正交信号；正交信号经微分交叉相除再相乘的运算后再通过取绝对值和开平方运算获得待测相位导数的绝对值，根据微分交叉相乘再相除的结果获得待测相位导数的符号，二者相结合得到待测相位的导数，再通过积分运算和高通滤波操作，获得待测相位。本发明方法解决了PGC解调中由相位延迟和调制深度引入的误差因素对解调结果的影响，有效提高了相位解调精度，可广泛应用于干涉型光纤传感器、正弦相位调制干涉仪等领域。

技术领域

本发明涉及相位生成载波(PGC)解调技术领域，具体涉及一种对相位延迟和调制深度不敏感的PGC-DCDM解调方法。

背景技术

相位生成载波(PGC)解调技术通过引入高频载波信号将待测相位信息转移至高频载波及其高次谐波的边带上，具有抗低频干扰、灵敏度高、动态范围大、抗相位衰落等优点，被广泛应用于干涉型光纤传感器、自混合干涉仪和正弦相位调制干涉仪的相位解调。PGC解调技术主要包括微分交叉相乘算法(PGC-DCM)和反正切算法(PGC-Arctan)，两种算法均将干涉信号分别与参考载波信号及其二倍频相乘并低通滤波，得到一对含有待测相位信息的正交信号。PGC-DCM算法通过对该正交信号进行微分交叉相乘以及相减和积分运算得到待测相位，这种方法的运算结果与待测相位呈线性关系，但解调结果受激光光强波动、相位延迟和调制深度的影响。PGC-Arctan算法是直接对正交信号进行相除和反正切运算得到待测相位，消除了光强波动的影响，但仍受相位延迟和调制深度的影响，且反正切运算会引入非线性误差。为了解决上述两种算法存在的问题，国内外学者先后提出了一系列改进算法。相位延迟的补偿方面，通过判断正交信号的最大值或利用正交解调方法求取相位延迟，并在参考载波信号中增加相位补偿器使得干涉信号的载波项与参考载波信号保持同相位，从而消除相位延迟的影响。在消除调制深度影响方面，利用贝塞尔函数的性质，通过J₁/J₃或J₁…J₄的方法求取调制深度的大小，或在PGC-Arctan中将调制深度保持在2.63rad，使得J₁/J₂＝1。然而上述这些方法只能消除相位延迟或调制深度其中一项的影响，实际应用中二者的影响往往是同时存在的，通过对正交信号进行椭圆拟合可同时消除二者的影响，但当相位延迟为某些特殊的值时(如π/4或π/2)，正交信号的其中一个会完全消隐，导致椭圆拟合无法进行。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明公开了一种对相位延迟和调制深度不敏感的PGC-DCDM解调方法，通过对PGC解调中低通滤波所得的正交信号进行微分交叉相除再相乘(DCDM)的操作，同时解决了PGC解调中相位延迟和调制深度对相位解调的影响。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

(1)采样获得正弦相位调制数字干涉信号S(t)，表达式如下：

其中B为干涉信号的幅值，z为调制深度，J₀()为零阶第一类贝塞尔函数，J_2m()和J_2m-1()分别为偶数阶和奇数阶第一类贝塞尔函数，m表示阶数，ω_c为正弦相位调制信号的角频率，△θ为相位延迟，为t时刻的待测相位，t表示时间；

(2)数字频率综合器产生的一阶参考信号(cosω_ct)及其经倍频处理后的二阶参考信号(cos2ω_ct)分别与正弦相位调制数字干涉信号S(t)相乘，并分别进行低通滤波，得到一对关于待测相位的正交信号P₁和P₂：