面向激光测振应用的改进相位生成载波解调算法

为了解决相位生成载波解调方案应用于激光测振技术时,系统中存在的非线性失真问题,提出一种改进相位生成载波解调算法。该算法采用低频、大幅值的相位调制和迭代重加权椭圆特殊拟合对两路含有非线性误差的正交信号进行校正以抑制非线性失真。其中,低频相位调制由三角波信号驱动压电换能器生成,确保小信号情况下椭圆拟合结果的准确性。迭代重加权椭圆特殊拟合可以减小离群数据的影响并避免拟合结果退化为双曲线,具有精度高、鲁棒性好和计算效率高的优点。实验结果表明改进相位生成载波解调算法可以有效抑制激光测振实验系统的非线性失真,在不同相位调制深度(0.8~3.4 rad)下解调信号的信纳比和总谐波失真稳定,对应的标准差分别为0.55 dB和0.03%。系统的响应线性度优于99.99%,动态范围可达103.9 dB@500 Hz,总谐波失真为1%且工作频宽为20~8000 Hz。与传统相位生成载波解调方案相比,该算法不仅显著抑制了非线性失真,还克服了椭圆拟合算法在小信号下无法工作的缺点。

基于同步载波提取的光纤传感器相位生成载波解调方法

利用3×3耦合器和法拉第旋转镜等光学元件,构造了一个基于迈克尔逊干涉系统的光纤振动传感器.使用外调制的方法对传输光进行相位生成载波调制,并将该光纤振动传感器应用于长距离的安全监测中.通过对该传感器的干涉输出信号进行贝塞尔展开分析,发现干涉输出信号中含有与外调制所使用的载波频率相同的信号成分.因此,使用一个中心频率为载波频率且通带很窄的带通滤波器,可以同步地提取载波信号.同步提取的载波信号用于干涉输出信号的相位生成载波被动零差解调,可以得到作用于光纤振动传感器上的外界振动信号.本文提出了从输出信号中同步提取载波的方法,通过理论推导得出了该方法的可行性,并且通过软件仿真和实验验证了该理论的正确性.文中还对提取的载波受低频信号干扰,造成其幅度不稳定的现象进行分析并提出了解决方法.研究表明,同步载波提取法适用于相位调制器与干涉信号输出端距离较远,相位生成载波解调需要的同源载波获取较困难的情况.

一种提高光纤水听器解调系统噪声传递系数稳定性的多相相位生成载波解调算法

相位生成载波(PGC)调制解调是干涉型光纤水听器常用的解调方法。首先,分析并建立了PGC解调系统的噪声传递模型,研究了光源强度噪声对PGC解调输出噪声的影响机理,分析了调制深度和工作点两个参数对PGC解调噪声稳定性的影响。然后,提出了一种基于3×3耦合器的多相PGC解调方案,即在传统PGC解调架构中引入3×3耦合器进行多相检测,利用3×3耦合器的相移特性对三路干涉信号进行融合处理。在不同的调制深度条件下,该方案可以降低水听器工作点变化所引起的光源强度噪声传递系数波动范围。实验结果显示,在常用的调制深度范围(1.7~3.4)内,工作点变化导致的噪声传递系数波动峰谷值小于0.5 dB,噪声稳定性相比传统PGC解调系统显著提升。

光纤法珀传感器的改进型相位生成载波法解调

为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题,搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先,理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后,针对外调制或伴生调幅较小的情况,提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数,消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况,提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGCEF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数,进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后,通过仿真验证了改进型算法的正确性,并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统,对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能,证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明:一定C值范围内,两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法,解调信纳比提升了11.602 dB,总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中,PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好,且解调线性度良好,准确度高。

用于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术

相位生成载波技术是用于光纤传感器中很重要的一种信号解调方法。简要说明了相位生成载波调制的原理和两种基本的调制方法 ,着重介绍了相位生成载波调制信号的解调方法 ,包括 :零差法、伪外差法和合成外差法 ,并对以上各种方法进行了分析比较。对相位生成载波技术在干涉型光纤传感器中的应用作了详细的介绍。针对现在最有希望用于智能结构的光纤布拉格光栅传感器 ,介绍了相位生成载波技术在这方面的应用。

改进相位生成载波解调法在激光外差语音系统中的应用

传统相位生成载波(PGC)技术采用了载波多倍频混频方案,从而导致解调过程采样率高、计算时间长。针对这一问题,从语音信号的频谱特征出发,对信号混频方法进行改进。将光电探测器采集并转换后的信号分别与载波的正弦项和余弦项进行混频,在混频信号经过带通滤波器滤波后,分别采用反正切和微分交叉相乘处理的方式来进行解调。对一个简单正弦信号进行解调对比后发现,改进后的解调方法比传统方法所需的采样率更低、计算时间更短。虽然微分交叉相乘法信号处理速度比反正切法更快,但是反正切法的解调效果和抗噪性更好。对实际语音信号进行解调的结果表明,反正切法具有较好的解调效果。

?-OTDR系统中的相位解调方法研究进展

随着相位敏感光时域反射计(?-OTDR)技术的发展与应用,传统的幅度解调方法已经很难满足人们对高质量传感的需求,而相位解调方法凭借其对相位信息解调的高灵敏性和高精确度的优势,近年来引起了国内外的广泛关注。综述了?-OTDR系统中相位解调方法的研究进展,介绍了相位生成载波解调法、基于3×3耦合器的解调法和数字相干IQ解调法3种?-OTDR系统中的相位解调方法,并简单分析了这几种方法的优缺点。对未来基于?-OTDR的传感系统中解调方法的优化及新方法的提出具有重要的意义。

直流漂移对PGC解调结果的影响

在实际的相位生成载波(简称PGC)解调输出中,直流漂移会使解调结果产生失真.为此,对其影响进行了理论分析,并对分析的结论进行了仿真验证,研究了实际数字化实现PGC解调原理中消除这种影响的方法.结果证明,用软件算法和硬件高通滤波电路都可以有效地降低直流漂移的影响.

用于光纤干涉传感器的高稳定PGC解调技术

相位生成载波(PGC)解调技术具有高灵敏度、线性度好和动态范围广的优点,因此广泛应用于分布式光纤传感器中。本文提出了一种单路微分相除和微分自相乘的PGC(PGC-SDD-DSM)解调算法,该解调算法对载波相位调制深度和光强度干扰均不敏感。仿真实验显示,与PGC单路微分相除(PGC-SDD)解调算法、传统的PGC微分交叉相乘(PGC-DCM)和PGC反正切(PGC-Arctan)解调算法相比较,改进的PGC解调算法具有最佳的解调效果。将改进的PGC解调算法应用在光纤干涉传感器中,实验结果表明改进的解调算法能有效抑制光强和载波调制深度引起的失真。待测信号的频率为1 kHz,幅度值为2 rad,在引入1.5 rad的载波调制深度和0.7 rad的光强干扰深度时,实验系统中使用改进PGC解调算法的解调结果信纳比(SINAD)可以达到35.56 dB,与使用传统的PGC-DCM、PGCArctan和PGC-SDD解调算法相比较分别高出10.87 dB、24.19 dB和6.38 dB,同时系统的稳定性得到了提升。该技术有效地促进了光纤传感器领域的技术研究。

基于激光干涉的高分辨率精密位移测量研究

由于高分辨率精密位移测量过程中调制深度波动和载波相位延迟,导致相位解调中存在误差,致使测量效果较差,测量时间较长,提出基于激光干涉的高分辨率精密位移测量方法。分析激光干涉原理和位移测量原理,获取位移测量误差产生的原因,采用相位生成载波反正切解调方法解调干涉信号,通过离散卡尔曼滤波修正相位解调后正交信号的幅值和偏置,补偿相位解调误差,实现高分辨率精密位移测量。实验结果表明,所提方法的测量波动均值稳定在±1.5 nm之间,能够有效地稳定测量能力、减小测量误差、缩短测量时间。