一种PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度的系统及方法技术方案

一种PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度的系统及方法，经过模数采样后得干涉信号通过直流过滤后分三路，一路直接进行低通滤波，另外两路分别与一阶、二阶谐波的参考信号相乘并进行低通滤波，获得三个谐波幅值信号，运用上述谐波幅值信号及谐波微分信号相互运算；结合贝塞尔函数递推公式；从干涉信号中标定C的大小乘到最终运算结果中，本发明专利技术在尽可能减少运算内存的条件下，消除光源光强扰动与贝塞尔函数干扰项，干涉信号提取C值使其补偿解调结果的新方法。果的新方法。果的新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度的系统及方法


[0001]本专利技术涉及相位生成载波(PGC)解调
，特别涉及一种 PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度的系统及方法。

技术介绍

[0002]现有的PGC算法的运算结果难以消除光强扰动及贝塞尔函数项、 只能取特定的值让贝塞尔函数项消除，引入大量运算消除相位调制 深度C值，后续改进的算法运算结果虽将系数项化至1，但计算结果 复杂，有的引入大量除法，难以排除分母为0的情况，导致稳定性 差。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种PGC 相位解调中提取及补偿相位调制深度的系统及方法，在尽可能减少运 算内存的条件下，消除光源光强扰动与贝塞尔函数干扰项，干涉信号 提取C值使其补偿解调结果的新方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度的系统，包括直 流滤波器1，干涉信号经过直流滤波器1滤过直流后分为三路，分 别连接低通滤波器一2、乘法器一3、乘法器二4的输入端；
[0006]数字频率合成器产生cosω
c
t、cos2ω
c
t的倍频信号分别连接至乘法 器一3、乘法器二4的输入端；
[0007]所述低通滤波器一2的输出端连接微分器一5的输入端；乘法 器一3的输出端连接低通滤波器二6的输入端；乘法器二4的输出 端连接低通滤波器三7的输入端；
[0008]所述低通滤波器三7的输出端连接微分器二8的输入端；微分 器一5输出端与低通滤波器二6的输出端连接到除法器一9的输入 端；低通滤波器二6的输出端与微分器二8输出端连接到除法器二 10的输入端；除法器一9与除法器二10的输出端连接至差分器11 的输入端；差分器11的输出端连接至积分器12的输入端；积分器 12的输出端连接至高通滤波器13的输入端；高通滤波器13的输出 端连接至乘法器三14的输入端；乘法器三14的输出端输出解调结 果。
[0009]一种PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度的方法，包括以下 步骤；
[0010]步骤1：S(t)为干涉信号用贝塞尔函数展示得；
[0011][0012]式中A为直流量，B为干涉信号的幅值，C为相位调制深度， J0(C)为0阶第一类贝塞尔函数，J
2n
(C)和J
2n+1
(C)分别为偶数阶和奇 数阶第一类贝塞尔函数，n表示阶数，ω
c
为正弦相位调制信号的角 频率，为t时刻的待测相位，t表示时间；
[0013]S(t)通过第一直流滤波器去掉直流分量后为I(t)；
[0014]I(t)为去掉直流分量的干涉信号,用贝塞尔函数展开得： [0015]步骤2：
[0016]数字频率综合器产生的一倍频参考信号cosω
c
t及二倍频参考信号 cos2ω
c
t分别与干涉信号I(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L1和L2，干涉信号I(t)经过低通滤波得关于待 测相位的正交信号L；
[0017][0018][0019][0020]其中LPF[]为低通滤波操作，J0()、J1()、J2()分别为第零阶、 第一阶、第二阶贝塞尔函数；
[0021]步骤3：
[0022]正交信号L和L2微分后分别和L1相除得到T和Z；
[0023][0024][0025]相减后得
[0026]待测相位的导数经积分操作、再滤除低频噪声，得到待测 相位过后得
[0027]步骤4：由信号发生器施加给相位调制器的信号标定出的C值， 与上一步骤得出的结果相乘再得到最终结果
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术通过运用三路运算，一路直接低通滤波、两路谐波幅值信 号及其微分所得的谐波微分信号来提取出相位调制深度，再从干涉信 号中标定相位调制深度的大小，将其补偿到最终运算结果中。
[0030]本专利技术运用三路运算从干涉信号中解调出待测信号，消除光强干 扰、贝塞尔函数项及相位调制深度的影响，提高了相位测量精度、实 时性好、谐波失真低、动态范围大，可广泛应用于干涉型光纤传感器、 水听器、测量井下振动等领域。
附图说明
[0031]图1为PGC改进算法原理框图。
[0032]图2为仿真振动信号为1000Hz时解调结果示意图。
[0033]图3为调制深度不敏感的仿真实验数据结果示意图。
[0034]图4为C＝2时PGC改进算法解调波形图。
[0035]图5为C＝2时PGC反正切算法解调波形图。
具体实施方式
[0036]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0037]如图1
‑
5所示：一种PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度 的系统，包括直流滤波器1，干涉信号经过直流滤波器1滤过直 流；低通滤波器一2、乘法器一3、乘法器二4的输入端均连接干涉 信号I(t)，数字频率合成器产生cosω
c
t、cos2ω
c
t的倍频信号分别连接 至乘法器一3、乘法器二4的输入端；低通滤波器一2的输出端连 接微分器一5的输入端；乘法器一3的输出端连接低通滤波器二6 的输入端；乘法器二4的输出端连接低通滤波器三7的输入端；低 通滤波器三7的输出端连接微分器二8的输入端；微分器一5输出 端与低通滤波器二6的输出端连接到除法器一9的输入端；低通滤 波器二6的输出端与微分器二8输出端连接到除法器二10的输入 端；除法器一9与除法器二10的输出端连接至差分器11的输入 端；差分器11的输出端连接至积分器12的输入端；积分器12的输 出端连接至高通滤波器13的输入端；高通滤波器13的输出端连接 至乘法器三14的输入端；乘法器三14的输出端输出解调结果。
[0038]系统经过模数采样后得干涉信号通过直流过滤后分三路，一路直 接进行低通滤波，另外两路分别与一阶、二阶谐波的参考信号相乘并 进行低通滤波，获得三个谐波幅值信号，运用上述谐波幅值信号及谐 波微分信号相互运算；结合贝塞尔函数递推公式；从干涉信号中标定 C的大小乘到最终运算结果中，通过上述运算，消除光强扰动、贝塞 尔函数项、调制深度的影响。
[0039]实施例：
[0040]在仿真实验中，通过从仿真调制信号中得出C的幅值，补偿到最 终运算结果中。
[0041]具体参数设置如下：
[0042]待解调相位余弦变化，幅值为2rad,频率为1000Hz，正弦相位调 制频率为10kHz,采样率为200kHz,解调结果如图1所示。由图1可看出 改进算法解调结果能还原出振动信号。
[0043]待解调相位余弦变化，幅值为2rad，频率为100Hz，正弦相位调 制频率为5kHz，采样率为200kHz,通过设置仿真调制信号的幅值C， 令C在1.3rad～3.5ra本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度的系统，其特征在于，包括第一直流滤波器，干涉信号经过直流滤波器(1)滤过直流后分为三路，分别连接低通滤波器一(2)、乘法器一(3)、乘法器二(4)的输入端；数字频率合成器产生cosω
c
t、cos2ω
c
t的倍频信号分别连接至乘法器一(3)、乘法器二(4)的输入端；所述低通滤波器一(2)的输出端连接微分器一(5)的输入端；乘法器一(3)的输出端连接低通滤波器二(6)的输入端；乘法器二(4)的输出端连接低通滤波器三(7)的输入端；所述低通滤波器三(7)的输出端连接微分器二(8)的输入端；微分器一(5)输出端与低通滤波器二(6)的输出端连接到除法器一(9)的输入端；低通滤波器二(6)的输出端与微分器二(8)输出端连接到除法器二(10)的输入端；除法器一(9)与除法器二(10)的输出端连接至差分器(11)的输入端；差分器(11)的输出端连接至积分器(12)的输入端；积分器(12)的输出端连接至高通滤波器(13)的输入端；高通滤波器(13)的输出端连接至乘法器三(14)的输入端；乘法器三(14)的输出端输出解调结果。2.基于权利要求1所述的一种PGC相位解调中提取及补偿相位调制深度系统的方法，其特征在于，包括以下步骤；...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔学光，李阳桃子，高宏，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：