[发明专利]一种强度调制器偏压误差信号检测装置及方法

权利要求书

1.一种强度调制器偏压误差信号检测装置，其特征在于：包括通信发射光源(1)、光可调衰减器(2)、保偏光分束器(4)、光电探测器(5)、包络检波器(6)、高速调制信号发生器(7)、数字信号处理器(8)和光放大器(9)；

所述的通信发射光源(1)输出端经所述的光可调衰减器(2)与待控制的强度调制器(3)的信号输入端相连，该待控制的强度调制器(3)输出的信号光经所述的保偏光分束器(4)分为两路，一路经所述的光放大器(9)输出至光学天线，另一路依次是所述的光电探测器(5)、包络检波器(6)和数字信号处理器(8)，该述的数字信号处理(8)的输出端与所述的待控制的强度调制器(3)的偏压控制端(简称DC端)相连，所述的高速调制信号发生器(7)的输出端与所述的待控制的强度调制器(3)高频信号输入端(简称RF端)相连；

所述的数字信号处理器(8)对包络检波模块(6)后输出信号P_o(t)进行处理：包括AD模数转换、IQ正交相乘、滑动平均滤波、平方求和后开方；设AD采样周期为T_s，得到离散信号P_o(nT_s)，本地产生与扰频信号频率相同的I/Q路信号：

L cos(nT_s)＝cos(w*nT_s+φ₀)

L sin(nT_s)＝sin(w*nT_s+φ₀)

与P_o(nT_s)相乘后进行N点滑动平均滤波得P_osmoothI(nT_s)和P_osmoothQ(nT_s)：

其中，N选取为扰频信号整数周期内离散采样点数；

或

再平方相加消φ₀后开方得偏压误差信号幅值为：

通过计算得到检测偏压误差信号幅值，可反推V_f的变化，检测精度表示为(单位为°)。

2.利用权利要求1所述的强度调制器偏压误差信号检测装置进行偏压误差信号的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)测定待检测的强度调制器(3)的半波电压：

固定RF端电压，标准信号发生器按步进0.05V输出-7V到7V的直流电压信号，扫描待检测强度调制器(3)DC端的电压，并用光功率计监测所述的待检测强度调制器(3)的输出功率，记录DC端功率最小值P_Dmin与最大值P_Dmax，得到DC端消光比P_Dmax/P_Dmin，以及强度调制器(3)的DC端半波电压V_Db，即最大功率对应电压与最小功率对应电压之差；

固定DC端电压，标准信号发生器按步进0.05V输出-7V到7V的直流电压信号，扫描所述的待检测强度调制器(3)RF端的电压，并用光功率计监测所述的强度调制器(3)的输出功率，记录RF端功率最小值P_Rmin与最大值P_Rmax，得到RF端消光比P_Rmax/P_Rmin，以及强度调制器(3)的RF端半波电压V_Rb，

设半波电压V_b＝V_Db＝V_Rb；

2)高速调制信号和扰频正弦信号产生：

根据半波电压V_b，按下列公式设置高速调制信号V_BP或V_OOK的幅值：

BPSK相干调制时，V_BP＝0.94*(m(t)*2V_b-V_b)；

OOK非相干调制时，V_OOK＝0.94*(m(t)*V_b-V_b/2)；

其中，m(t)为伪随机码元，令高速调制信号发生器(7)产生该高速调制信号并加载至强度调制器的RF端；

所述的数字信号处理器(8)产生扰频正弦信号V_r＝V_ramp*cos(wt)，其中扰频幅值V_ramp＝1～10％V_b，w为扰频频率，t为时间，令产生的扰频信号加载至所述的待控制的强度调制器的DC端；

3)强度调制后光功率信号包络检波：设外界环境变化引入的强度调制偏置点电压随时间变化为V_f，则所述的光电探测模块(5)将强度调制器输出光功率信号转换为：

A＝RqP_r/hv，*R_L

其中，A与强度调制器输出功率呈线性关系，R为光电探测器的响应度，常用PIN管响应度为0.75A/W，P_r为强度调制器输出光功率，q为电子电荷，值为1.6×10^-19C，hv为单光子功率，R_L为负载电阻；V_b为标定得到的强度调制器半波电压，V_r为扰频信号，V_BP或V_OOK分别为相干或非相干调制时的高速调制信号；

转换后得光功率信号P_out(t)经过所述的包络检波模块(6)后，消除高频调制信号V_BP和V_OOK的影响，设包络检波模块充电时间常数为R_t，放电时间常数为R1_t，电容充电初始电压为0，检波过程离散时间间隔为Δt，则充放电过程分别表示为：

P_o(t)＝P_o(t-Δt)+(P_out(t)-P_o(t-Δt))*(1-exp(-Δt/R_t))

P_o(t)＝P_o(t-Δt)*exp(-Δt/R1_t)

最终得到包络检波模块(6)后的输出信号P_o(t)，可分别表示为：

4)所述的数字信号处理器(8)对包络检波模块(6)后输出信号P_o(t)进行处理：包括AD模数转换、IQ正交相乘、滑动平均滤波、平方求和后开方；设AD采样周期为T_s，得到离散信号P_o(nT_s)，本地产生与扰频信号频率相同的I/Q路信号：

L cos(nT_s)＝cos(w*nT_s+φ₀)

L sin(nT_s)＝sin(w*nT_s+φ₀)

与P_o(nT_s)相乘后进行N点滑动平均滤波得P_osmoothI(nT_s)和P_osmoothQ(nT_s)：

其中，N选取为扰频信号整数周期内离散采样点数；

或

再平方相加消φ₀后开方得偏压误差信号幅值为：

通过计算得到检测偏压误差信号幅值，可反推V_f的变化，检测精度表示为(单位为°)。

3.根据权利要求2所述的偏压误差信号的检测方法，其特征在于，所述的扰频频率w在10KHz以内。