QPSK、SQPSK信号解调相位模糊及其对Viterbi译码的影响

QPSK及SQPSK调制方式已被广泛应用于各类数传通信系统中。在这类通信系统中通常会采用卷积编码等信道编码方式。由于QPSK调制信号在解调时存在相位模糊,此相位模糊就会对Viterbi译码的G2倒向等参数造成影响。针对该问题,根据在某卫星系统中QPSK调制及卷积编码的实际应用情况,分析了此类相位模糊的成因,并提出了解决方案。

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。

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Lissajous输出拟合的非平衡M-Z干涉仪相位解调

搭建基于3×3耦合器的非平衡马赫-曾德尔(M-Z)干涉系统,将3×3耦合器解调与相位载波结合,通过引入载波调节M-Z干涉仪的输出相位进行动态解调。载波信号为频率2 kHz,电压为0、2、6、10、16 V的余弦信号,通过Throlabs光学能量计测量干涉仪输出功率随时间变化曲线,针对3×3耦合器分光比不均等为1∶1∶1,即相位差不为120°,将输出干涉光采用经验模态分解并构建带通滤波器进行去噪,将处理后的信号用最小二乘法进行李萨如曲线拟合,求得椭圆具体参数,利用反正切函数求解相位差。得出电压相移系数以及电压波长偏移系数分别为0.7577(°/V)、0.7258×10^(-3)(nm/V),在MATLAB中拟合一阶线性曲线,拟合优度R^(2)在0.98以上。最后将此解调系统应用于光纤光栅串(FBG)的应力负载试验并与微光光学解调仪(MOI)相对比,结果表明本系统准确度高,对1560 nm的FBG解调效果较MOI更佳。

基于3×3干涉仪和相位信号解调的信号采样对激光噪声的影响

提出了一种基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪和相位信号解调的激光器线宽测量系统,基于相位信号解调的微分交叉相乘算法,可对所采信号进行高速实时处理,快速给出待测激光器的频率噪声信息和线宽值。该系统光路结构简单,无须主动控制,测量结果重复性高。考虑采样信号是否同时包含源信号的最大值和最小值这一重要问题,在仿真和实验两种情况下着重讨论了对源信号进行采样窗口为0.5,0.4,0.1,0.05和0.01 s的采样对所测试激光器频率噪声功率谱密度的影响。仿真和实验均表明,使用采样窗口为0.1,0.05和0.01 s未同时包含源信号的最大值和最小值的采样信号计算获得的激光频率噪声功率谱密度幅值偏高。进一步使用β-分割线法对1.5μm波段商用激光器和实验室自制的2μm波段激光器进行线宽测量验证,结果表明,使用同时包含源信号最大值和最小值的采样信号处理得到1.5μm波段商用激光器的线宽值在测量时间为2 ms时为5 kHz,同时本结论可拓展至全波段适用。

Φ-OTDR系统非对称光纤耦合器相位解调方法研究

针对3×3光纤耦合器三路输出信号非旋转对称易导致相位解调产生误差的问题,提出了基于3×3光纤耦合器两路输出信号的非对称光纤耦合器相位解调系统理论,通过软件仿真分析验证了系统对单频周期信号与三次谐波信号的相位解调能力,并在相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)上开展了光纤振动传感系统相位解调性能测试。实验结果表明,系统能够实现200~4000 Hz频率范围内的相位解调,振动定位绝对误差在±10 m以内,系统空间分辨率为21 m。本方法在减少系统硬件成本的基础上,为Φ-OTDR系统光纤耦合器分光比与相位差不恒定问题提供了新的解决思路与参考方案,可在交通安全监测等领域进行应用推广。

基于双鉴相器相位解调的光纤干涉型局放超声传感方法

光纤外差干涉传感输出信号频率为百兆赫兹量级,传统软件解调方法采样设备成本高、数据量大、实时性差,制约了该技术在局部放电超声传感的广泛应用。该文提出了一种基于双鉴相器协同工作的相位硬件解调方法,降低了系统采样率、减少了采集数据量、实现了实时解调,相比传统微分-交叉相乘软件解调方法快1124倍。分析了低频载波幅值和采样精度对测量结果的影响,实现了0.005°的相位最低检测下限。搭建光纤超声传感平台,开展了对比试验,结果表明,该文所提相位解调方法线性拟合度达到0.999,信噪比较传统微分-交叉相乘解调方法高15 dB,检测下限拓展58%,为局部放电超声传感提供了一种高信噪比、低检测下限、实时检测的相位解调方法。

相位生成载波解调方法的研究

为了获得更高的线性度和更强的抗干扰能力,提出一种改进的相位生成载波解调算法.利用滤去直流量的干涉信号及其与基频相混频的信号来进行运算,将两路信号倍频后的差分结果与其相乘后的微分结果相除来实现对被测信号的解调.该方法可有效消除光源扰动和直流分量对解调结果的影响.仿真结果验证了改进解调算法的可行性及优势,与传统算法相比获得了更高的线性度和更强的抗干扰能力,并打破了基频混频只适用于小信号的局限性.搭建实验系统进行验证,结果表明改进算法的频率解调准确率较高,且强度响应一致性较好.

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.

基于幅值和相位解调分析的齿轮箱起动过程故障诊断

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪、角域平均和幅值、相位解调分析技术相结合,提出了基于幅值和相位解调分析的齿轮箱故障诊断方法。首先对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域同步采样,再对时域信号进行等角度重采样,转化为角域平稳信号,然后对角域信号进行角域平均,以消除干扰噪声的影响,最后对角域平均信号进行幅值和相位解调分析,根据幅值和相位解调函数图,就可提取齿轮的故障特征。通过对齿轮齿根裂纹故障实验信号的分析,表明该方法能有效地诊断齿轮的裂纹故障。

一款基于解调信号相位矫正技术的低噪声微陀螺接口电路芯片

该文针对设计了一款基于解调信号相位矫正技术的低噪声微陀螺接口电路芯片。读出电路采用全差分跨阻放大器结构优化噪声性能，获得了0.63 aF/Hz的等效输入电容噪声。检测通路中采用双通道正交解调技术和解调信号相位矫正技术，完全消除了机械正交信号的干扰。芯片在0.35μm CMOS工艺下实现，与电容式微陀螺的联合测试表明，微陀螺系统的输入等效噪声为0.01o/s/ Hz ，在8.5 mV/o/s标度因子和5 V供电电压条件下，陀螺量程达到了±200o/s，线性度为2‰。

单幅条纹图相位解调的小波分析方法

相位解调是条纹相位分析的关键问题.本文提出一种应用小波频率估计联合频率导数对变形条纹进行瞬时频率分析,从中提取参考基频,从而依靠单一变形条纹实现相位解调的方法.首先,理论上证明了当变形条纹瞬时频率空间导数等于零,该空间点的瞬时频率等于参考基频频率;其次,引入Gabor小波提取变形条纹的瞬时频率空间分布,利用变形条纹瞬时频率的空间导数分布识别提取参考基频,从而实现相位解调.利用该方法进行了三维形貌测量的实验,结果表明该方法在实现相位解调中效果良好.

?-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。

一种新的单幅条纹图的相位解调方法

基于非载波条纹图的条纹灰度分布的极值准确定位,提出了一种新的由单幅条纹图解调相位方法.该方法首先准确定位每个条纹灰度的极值包括最大和最小,再基于极值图将条纹的强度值分布线性地变换到1和1之间,最后利用arcos反余弦取代传统的atan2反正切算法求出相位,结合极值图就能快速准确地解调出含有封闭条纹的条纹图相位.本方法仅用一幅条纹图,不需要传统的条纹定级和对分数级条纹插值与拟合,自动判别条纹相位变化的波谷,准确获得条纹相位分布.这一方法使光测法研究动态和瞬态问题成为可能,而不需引入载波法调制条纹.文中通过实例说明了本方法的处理过程.

激光多普勒信号相位解调算法误差分析

为了分析激光多普勒测振仪位移测量精度误差的主要影响因素,采用了两次希尔伯特变换求解附带直流偏置的激光多普勒信号的相位,推导了相位求解的误差传递函数.通过信号发生器产生调频波,叠加不同强度的高斯白噪声模拟多普勒信号,针对振动频率1kHz,振幅10λ,信噪比为0dB的多普勒信号,得出相位解调误差的标准差等于信号信噪比的倒数.研究结果表明:当多普勒信号的信噪比高于10dB时,采用相位法计算目标位移精度较高;当多普勒信号的信噪比低于-15.97dB时,采用相位法和条纹法计算目标位移精度相当.

相位解调实现低频水表面声波振幅探测

为了实现低频水表面声波振幅准确探测和时变声信号的跟踪识别,提出了一种基于相位解调的激光干涉探测方法。该方法在参考光路中引入高频载波,利用相位生成载波技术的反正切解调算法,并结合高频载波初相位和调制深度的测定,可实现水表面声波的准确识别。在实验室环境下搭建了一套水表面声波探测系统,实验结果表明:该方法对水表面声波微振幅的测量重复性不超过1 nm。同时该系统能够实时跟踪水下声源的变化,对幅度受到正弦调制的水下声源信号进行了水表面声波振幅检测,实验结果证明了该方法识别时变声信号的正确性。

基于全保偏光纤结构的高稳定性激光相位解调系统

为了实现对激光器相位的准确测量,提出一种基于保偏3×3光纤耦合器的激光器相位解调测量系统。将3×3保偏光纤耦合器的两路输出信号进行光电转换,并利用微分交叉乘法进行相位解调计算,得出相位信息。采用保偏3×3光纤耦合器及保偏延时光纤结构,可省去法拉第旋光器,简化相位解调测量系统结构,并提高外界环境参数波动所导致的测量系统信号的解调稳定性。仿真结果表明:在考虑随机噪声影响时(噪声标准差为0.1),对不含有噪声和含有噪声的相位信号进行解调,两种情况下的解调结果与预设给定值的吻合度较高;前者估计误差为±0.3rad,后者估计误差为-0.3～0.45rad。最后,对这种方法进行了实验验证,实验结果表明:相位解调的实验结果与仿真结果相符,二者的相位波动的功率谱密度吻合度高,相关系数为0.98;10组重复实验结果与仿真结果的相关系数皆在0.98以上;随机两两组合10对实验结果之间的相关系数均在0.99以上,满足测量系统的稳定可靠的要求。

应用频率积分相位解调测量径向畸变

为了测量光学成像系统的径向畸变,采用载频条纹模板,应用瞬时频率积分法提取因径向畸变而产生的径向调制相位;推导了条纹径向调制相位与瞬时频率的关系式,并导出径向调制相位和径向畸变位移关系;采用小波频率估计提取畸变条纹径向瞬时频率,并对其进行积分获得畸变条纹的径向调制相位;应用径向调制相位和立方卷积插值算法对畸变图像进行了校正,得出了详细的理论分析和实验结果。结果表明,上述方法是可行的。

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.

基于傅里叶变换的单帧闭合条纹相位解调方法

提出一种有效的单帧闭合条纹解调方法,该方法采用傅里叶变换、带通滤波器和傅里叶逆变换估得初始相位,然后通过图像分割、相位符号校正和Zernike多项式拟合得到高准确度相位分布.用图像分割和相位符号校正解决了相位符号不确定性,用Zernike多项式拟合抑制了分割线附近的局部相位误差.数值分析了残余相位误差与干涉图参量(如倾斜量、离家量和随机噪音)之间的定性关系,结果表明:该方法所得相位与ZYGO移相干涉仪测试结果吻合较好,残余相位误差小于参考值的1/10,验证了该方法的有效性.