[发明专利]一种基于混合相位调制的线性化PGC解调信号处理方法

说明书

本发明公开了一种基于混合相位调制的线性化PGC解调信号处理方法。在正弦相位调制基础上，引入了三角相位调制对激光相位调制干涉仪进行混合调制，获得干涉信号，再分别与载波信号及其二阶谐波信号混频，得到一对相位正交信号；对正交信号进行同步微分交叉相乘与反正切处理得到随三角相位调制而变化的相位信号，利用获得的不含非线性误差的解调π整数相位以及对应的解调相位，对解调相位进行实时线性修正，结合π整数相位和修正后的解调相位，实现对解调非线性误差的直接修正。本发明通过线性化相位解调消除了由相位调制深度漂移和载波相位延迟引起的周期性非线性误差影响，实现了高精度的相位解调。

技术领域

本发明涉及激光干涉测量技术领域的一种相位解调方法，尤其是涉及一种基于混合相位调制的线性化PGC解调信号处理方法。

背景技术

相位生成载波(PGC)解调技术由于其稳定性强、实时性好、灵敏度高、信噪比高等优点被广泛应用在干涉信号相位的检测与获取。传统PGC解调一般有微分交叉相乘(PGC-DCM)算法与反正切(PGC-Arctan)算法。得益于PGC-DCM解调原理，其解调相位是线性的，但解调结果会受激光强度扰动、相位调制深度漂移、载波相位延迟等影响。激光强度波动是由激光源自身强度波动以及环境干扰等引起，相位调制深度是由调制信号的幅度和相位调制器的半波电压决定，载波相位延迟是由光路和电路传播的时间延迟引起。激光强度波动、相位调制深度偏离2.37rad以及载波相位延迟都会导致解调相位线性偏差。

与PGC-DCM解调相比，PGC-Arctan解调对激光强度波动不敏感，但它仍受到相位调制深度漂移和载波相位延迟的影响。相位调制深度偏离2.63rad和载波相位延迟会导致解调相位谐波失真。在大多数情况下，相位调制深度漂移和载波相位延迟是不可避免的，从而导致解调相位周期性非线性误差。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种基于混合相位调制的线性化PGC解调信号处理方法，消除或减少PGC相位解调的线性偏差和非线性误差，提高了激光相位调制干涉测量精度。

本发明在正弦相位调制基础上，引入了三角相位调制进行混合调制，驱动PGC-Arctan和PGC-DCM解调的相位同时变化，实时获得不含非线性误差的解调π整数相位以及对应的解调相位，利用获得的这些相位对解调相位进行实时线性修正，最后结合解调的π整数相位和修正后的解调相位，对解调非线性误差进行直接修正，实现了高精度的相位解调。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1)利用直接数字频率合成器和三角波调制信号发生器生成正弦波与三角波的混合调制信号V(t)，混合调制信号V(t)表示如下：

V(t)＝A_ccos(ω_ct)+A_tTri(ω_tt)

其中，A_c和A_t分别为正弦波和三角波信号的振幅，ω_c为正弦信号的频率，ω_t为三角波信号的频率，t表示时刻；Tri(ω_tt)是范围[-1，1]内的归一化三角波信号；

将混合调制信号V(t)放大后施加到外部的激光相位调制干涉仪，对激光相位调制干涉仪中的干涉信号进行调制，激光相位调制干涉仪对待测物体的位移进行探测获得PGC干涉信号，对激光相位调制干涉仪输出的PGC干涉信号进行采样，采集到干涉信号I(t)，表示如下：

z_t＝πG₁A_t/V_π，z_c＝πG₁A_c/V_π