CN107917705B - 一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪装置及方法。在光纤陀螺仪中设置压控晶振并添加一个数模转换模块；数模转换模块连接在压控晶振和数字信号处理器之间；对数字信号处理器相位调制，在调制步边沿时刻前后时间内采样，依次进行脉冲净面积提取、四步微扰解调，然后积分、四步微扰调制后再位数截断，得运算结果并输出到模数转换器，控制压控晶振的牵引电压，使得单个相位调制步持续时间实时发生变化实现跟踪。本发明使得单个相位调制步持续时间和渡越时间之间的相对偏差绝对值不超过10PPM，适用不同的应用场合；硬件改动小，算法复杂度低，对调制波形要求少，便于集成到其它算法中，具有实际应用价值，可大幅度改进光纤陀螺的测量性能。

Description

一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺信号处理装置及方法，尤其是涉及了一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪装置及方法。

背景技术

光在光纤陀螺具有互易性的光路中传播一周所需要的时间称为渡越时间。目前国内外在中高精度光纤陀螺研究领域大都釆用数字闭环的技术手段，通过集成光电相位调制器对光纤陀螺进行调制，模数转换器将光纤陀螺的输出模拟电压信号转换为数字信号，通过数字信号处理器进行差分解调处理。集成光电相位调制器主要起两个作用：对光学系统进行时延差分调制，改变光纤陀螺的工作偏置点以提高灵敏度和线性度；对检测到的相位差进行反馈，实现光纤陀螺的闭环运行。

零偏稳定性是光纤陀螺的关键指标，提高零偏稳定性的方法在于降低集成光电相位调制器的调制误差。调制误差的引入主要是由于单个调制步持续时间和渡越时间不相等、调制通道的非线性以及集成光电相位调制器的非线性响应等。单个调制步持续时间和渡越时间不相等是最主要的因素，该误差的存在会使得光纤陀螺产生相关的偏移，相当于在光纤陀螺的输出信号上叠加一个误差分量，降低光纤陀螺的精度和分辨率水平，零偏稳定性因此更容易受环境变化的影响。因此，使单个调制步持续时间和渡越时间尽可能接近对提高光纤陀螺零偏稳定性有重要意义。

光纤陀螺组装以后通过信号处理方法，可找出最佳倍频、分频因子的分数组合，一般可使得调制波形中单个相位调制步持续时间与渡越时间的相对偏差为1000PPM左右。并且，渡越时间温度系数量级为10PPM/℃,在-40℃ to 80℃相对变化范围达1200PPM左右。因此需要一种方法，在环境中温度等因素变化时，能将单个调制步持续时间与渡越时间的相对偏差始终保持小于1000PPM。

发明内容

针对目前光纤陀螺研究中，现有方案在环境中温度等因素变化时，调制波形中单个调制步持续时间与渡越时间的相对偏差无法实现足够小，不能有效抑制陀螺输出零偏的现状，本发明提出了一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪装置及方法。

本发明利用压控晶振和光纤陀螺相位调制器调制波形边沿时刻附近的光电探测器输出信号，来进行光纤陀螺渡越时间的实时跟踪。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一、一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪装置：

包括宽谱光源、光纤耦合器、相位调制器、光纤环、光电探测器、模数转换器、数字信号处理器和数模转换器，光纤耦合器一侧的一个尾纤连接与光电探测器的输入端连接，光纤耦合器一侧的另一个尾纤与宽谱光源的输出端连接，光学耦合器另一侧的一个尾纤和相位调制器的输入尾纤连接，光学耦合器另一侧的另一个尾纤为死头光纤，在系统中不用；相位调制器的两个输出尾纤分别与光纤环的两端相连接，光电探测器经模数转换器连接到数字信号处理器，数字信号处理器经数模转换器连接到相位调制器，模数转换器和数模转换器均由数字信号处理器控制；光电探测器输出电压信号到模数转换器经模数转换后发送到数字信号处理器，数字信号处理器输出电压信号经数模转换器数模转换后发送到相位调制器；还包括压控晶振并添加一个数模转换模块；压控晶振分别连接模数转换器、数字信号处理器和数模转换器连接，数模转换模块连接在压控晶振和数字信号处理器之间。

所述的压控晶振为模数转换器、数模转换器和数字信号处理器提供时钟信号，数模转换模块由数字信号处理器控制，数字信号处理器输出电压信号经数模转换模块数模转换后发送到压控晶振的牵引电压输入端。

所述的数模转换模块是指所有将数字信号转化为模拟电压值的芯片或电路，包括但不限于DAC芯片、数字电位计或者F-V转换芯片等。数模转换模块的输出模拟电压更新周期一般取10ms～100ms。

二、一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪方法，方法的步骤为：

1)对数字信号处理器进行相位调制，相位调制周期为T_m。单个相位调制周期的波形是由N_step个调制步构成，单个相位调制步持续时间的初始值为T₀，每个调制步的调制相位是固定的；并设定反馈周期T_fb，反馈周期T_fb是由N_m个相位调制周期T_m组成；

具体实施中，设定单个相位调制步持续时间的初始值T₀与光纤环渡越时间Δτ_g的相对偏差不超过10％，具体实施可通过光纤长度、折射率等估算出近似的光纤环渡越时间作为初始值T₀。一个相位调制周期内的调制步总数N_step一般取2～8，因此相位调制周期T_m近似为2Δτ_g～8Δτ_g，一个反馈周期内包含的相位调制周期的总个数N_m满足N_m＝T_fb/T_m。

所述的相位调制周期的波形包括但不限于方波。

2)在调制步的边沿时刻前后ΔT时间内，对陀螺仪的光电探测器的输出信号通过模数转换器进行采样，对一个反馈周期T_fb内的采样值依次进行脉冲净面积提取(A)、四步微扰解调(B)的步骤处理，然后同时进行积分(C)、四步微扰调制(D)后再进行位数截断处理(E)，获得运算结果；

调制步的边沿时刻是指调制步所持续时间的前后两端的时刻。

3)进行步骤1)、2)、3)总共持续的时间为一个反馈周期T_fb，完成一个反馈周期T_fb后，将反馈次数k累加1，将获得的运算结果输出到模数转换器中，从而控制压控晶振(9-2)的牵引电压，使得压控晶振(9-2)振荡频率变化，进而使得单个相位调制步持续时间实时发生变化，如第k次反馈周期后，单个相位调制步持续时间从T_k变为T_k+1；

4)再重复上述步骤1)～3)，使得在光纤环渡越时间随环境波动发生变化时，单个相位调制步持续时间T_k无限接近于光纤环渡越时间Δτ_g。

光纤环渡越时间随环境波动发生变化是指光纤陀螺仪跟随温度等状况发生性能改变(例如光纤环渡越时间Δτ_g改变)。

所述的步骤1)中对反馈周期T_fb划分区间，具体为：将一个反馈周期T_fb的时间等分为若干区间，每个区间均包含若干个完整的相位调制周期，区间的总数N_s为四的公倍数，以每连续相邻的四个区间形成一组，一组的四个区别按时间顺序分别依次为1类区间、2类区间、3类区间和4类区间，使得反馈周期从1类区间开始到4类区间结束。

具体实施中，反馈周期T_fb一般取1s～10s，区间长度一般取10ms～100ms。

所述步骤2)具体为：

2.1)脉冲净面积提取(A)：

针对反馈周期T_fb的每个区间，在区间中各个调制步边沿时刻之后的ΔT时间内进行采样，获得固定采样数量N_ad的光电探测器输出信号的采样值，计算所有采样值的累加和SUM1；

针对反馈周期T_fb的每个区间，在区间中各个调制步边沿时刻之前的ΔT时间内进行采样，获得固定采样数量N_ad的光电探测器输出信号的采样值，计算所有采样值的累加和SUM2；

由累加和SUM1减去累加和SUM2得到区间对应的脉冲净面积SUM3；

采样数量N_ad计算为：N_ad＝ΔT/T_ad，其中T_ad为权利要求1中所述模数转换器的采样周期。

所述的光电探测器输出信号在调制步边沿时刻之后的部分属于脉冲信号，光电探测器输出信号在调制步边沿时刻之前的部分不属于脉冲信号。ΔT表示采样持续时长，所述的采样持续时长ΔT与调制步边沿时刻之后光电探测器的输出信号的宽度的相对偏差不超过10％，即ΔT和脉冲信号的宽度的相对偏差不超过10％。

2.2)四步微扰解调(B)：

一个反馈周期T_fb内，累加所有1类区间和4类区间的脉冲净面积SUM3得到面积SUM4，累加所有2类区间和3类区间的脉冲净面积SUM3得面积SUM5，由面积SUM4减去面积SUM5得到反馈周期对应的解调结果SUM6；

2.3)积分(C)和四步微扰调制(D)：

积分(C)：每当一个反馈周期的解调结果SUM6计算结束时，将周期中的解调结果SUM6累加到数字信号处理器内部的积分寄存器中，积分寄存器的初始值DATA0由经过步骤1)所述的相位调制器的单个相位调制步持续时间T₀决定，设定单个相位调制步持续时间的初始值T₀与光纤环渡越时间Δτ_g的相对偏差不超过10％，初始值DATA0在T₀设定后也跟着设定；

四步微扰调制(D)：每当一个区间的脉冲净面积SUM3计算结束时，按以下方式覆盖写入到数字信号处理器内部的微扰寄存器；

若区间为1类区间或4类区间，则写入负微扰值-TURB1若区间为2类区间或3类区间，则写入正微扰值TURB1；

微扰值DATA1为一固定正值，其对应权利要求1中所述数模转换模块的数字量发生变化，对应到单个调制步持续时间的相对变化量应该不超过100PPM。

2.4)位数截断(E)：

每当一个区间的脉冲净面积SUM3计算结束时，计算积分寄存器TURB1和微扰寄存器INT1之和SUM7，然后整形数据SUM7的最低Coff_I个数据位进行舍入截断得到数字量SUM8，Coff_I为舍入截断的位数，将数字量SUM8输出到数模转换器。

具体实施中，Coff_I取10-18，使得数字量输出到数模转换器后，再通过数模转换器到压控晶振中发出时钟信号，能使得下一反馈周期的相位调制步持续时间更接近于光纤环渡越时间Δτ_g。

从光纤陀螺光电探测器的输出中提取信号量，该信号量随着对光纤陀螺相位调制器的单个相位调制步持续时间接近渡越时间而减小，将信号量进行积分和缩放后输出控制压控晶振的牵引电压，调整单个相位调制步持续时间，使得当温度等环境因素改变时，该持续时间始终接近渡越时间。

本发明的有益效果是：

本发明解决了光纤陀螺在环境中温度等因素变化时，调制波形中单个调制步持续时间与渡越时间的相对偏差无法实现足够小、不能有效抑制陀螺输出零偏的技术问题。

本发明可使得单个相位调制步持续时间和渡越时间之间的相对偏差绝对值不超过10PPM，改变调制参数可改变跟踪精度和速率等指标，使其适用不同的应用场合。

本发明中硬件简单改动小，算法复杂度低，对调制波形要求少，便于集成到其它算法中，具有实际应用价值，可大幅度改进光纤陀螺的测量性能。

附图说明

图1是原有闭环光纤陀螺的结构框图。

图2是本发明中的闭环光纤陀螺结构框图。

图中：1、宽谱光源，2、光学耦合器，3、相位调制器，4、光纤环，5、光电探测器，6、模数转换器，7、数字信号处理器，8、数模转换器，9-1、非压控晶振，9-2、压控晶振，10、数模转换模块。实线为信号线，虚线为时钟线。

图3是本发明方法过程逻辑框图。

图4是当微扰调制为方波时，本发明的调制解调原理示意图。方波微扰调制较四步微扰调制更简单，更能清晰表示出制解调原理。

图5是本发明的算法框图。初始化过程包括但不限于：SUM4和SUM5赋初值为0，根据单个相位调制步持续时间的初始值T₀与光纤环渡越时间Δτ_g的相对偏差不超过10％的原则选取T₀后，选定积分寄存器初始值，区间类型赋初始值为1类，区间计数COUNT1赋初始值为0，微扰寄存器赋初始值为DATA1。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明装置在闭环光纤陀螺基础上进行改进，闭环光纤陀螺包括宽谱光源1、光纤耦合器2、相位调制器3、光纤环4、光电探测器5、模数转换器6、数字信号处理器7、数模转换器8和非压控晶振9-1，光纤耦合器2一侧的一个尾纤连接与光电探测器5的输入端连接，光纤耦合器2一侧的另一个尾纤与宽谱光源1的输出端连接，光学耦合器2另一侧的一个尾纤和相位调制器3的输入尾纤连接，光学耦合器2另一侧的另一个尾纤为死头光纤，在系统中不用；相位调制器3的两个输出尾纤分别与光纤环4的两端相连接，光电探测器5经模数转换器6连接到数字信号处理器7，数字信号处理器7经数模转换器8连接到相位调制器3，模数转换器6和数模转换器8均由数字信号处理器7控制；光电探测器5输出电压信号到模数转换器6经模数转换后发送到数字信号处理器7，数字信号处理器7输出电压信号经数模转换器8数模转换后发送到相位调制器3。

将非压控晶振9-1改为压控晶振9-2，并添加一个数模转换模块10；压控晶振9-2分别连接模数转换器6、数字信号处理器7和数模转换器8连接，数模转换模块10连接在压控晶振9-2和数字信号处理器7之间。压控晶振9-2为模数转换器6、数模转换器8和数字信号处理器7提供时钟信号，数模转换模块10由数字信号处理器7控制，数字信号处理器7输出电压信号经数模转换模块10数模转换后发送到压控晶振9-2的牵引电压输入端。

本发明方法的实时跟踪原理过程是：

设定输入相位调制器3的相位调制波形为方波，可表示如下：

其中，φ_m(t)表示相位调制波形；

上述公式中逗号右侧表示同一行调制相位持续的时间，波形大括号内从上到下顺序对应发生时间上从前到后，下同。其中

为相位调制周期的一半，也即单个调制步持续的时间。

当

时，Δτ_g为光纤环渡越时间，光纤环顺时针和逆时针两个方向传输的光束的时变相位差Δφ_m(t)取值如下：

当

时，相位差Δφ_m(t)取值如下：

当

时，相位差Δφ_m(t)取值如下：

陀螺静止时，由于两光束相位差Δφ_m(t)产生的干涉，光电探测器5探测到的光功率为：

P＝P₀[1+cos(Δφ_m(t))] (1-5)

由(1-3)、(1-4)、(1-5)可知，

时，光电探测器5在相位调制器相位调制步的每个边沿附近探测到的光功率是调制步内时的两倍，因此输出宽度为

的脉冲。当

更加接近Δτ_g时，脉冲变窄。由于调制解调通道带宽的限制，脉冲出现在相位调制步的每个边沿之后一段时间内，表现为单峰波形，变窄的同时高度也会减小，综合为脉冲面积减小。

如附图4所示，子图P1表示，相位调制器3的调制相位随时间呈方波变化。子图P2表示，光电探测器5在方波调制步沿输出脉冲信号。P1和P2的时间轴上下对齐的点，表示同一时刻。

如附图4所示，光电探测器5输出脉冲面积和单个调制步持续时间

近似为抛物线关系，在

时取得最小值。在子图P2中，竖直虚线与横轴焦点表示当前单个调制步持续时间，横向虚线对应字图P2中脉冲高度，仅示意脉冲面积变化，并不代表实际脉冲高度的变化情况。

如附图3、4所示，适当调整单个调制步持续时间

可减小光电探测器5输出脉冲面积，数模转换器6对光电探测器5的输出采样值减小。

陀螺使用的光源光强漂移也会造成光电探测器5的输出采样值增大或减小。为了减弱这种影响，本发明将相位调制步边沿时刻之后的一段时间内，固定数量N_ad的陀螺光电探测器输出脉冲信号的采样值，减去下一个相位调制步边沿时刻之前的一段时间内，固定数量N_ad的陀螺光电探测器输出非脉冲信号的采样值，该步骤即为附图3中的提取脉冲净面积A。

虽然随着单个调制步持续时间接近渡越时间而脉冲面积减小，但是无法判断单个调制步持续时间和渡越时间的相对大小。在控制单个调制步持续时间的反馈输出上叠加一个方波微扰调制，再通过方波高、低电平时的脉冲净面积相减来解调出与单个调制步持续时间和渡越时间的差正相关的信号量。该方法即为附图4中的方波微扰调制解调方法。附图4子图P4表示对单个调制步持续时间进行方波微扰，由图可知方波高电平微扰和方波低电平微扰时对应的光电探测器5的输出脉冲面积不同。

采用提取脉冲净面积A方法后，脉冲净面积仍然会发生周期达数十分钟到数个小时的漂移，漂移速率在数秒内近似为常量。将上述方波微扰调制改为四步微扰调制，即在控制单个调制步持续时间的反馈输出上叠加高电平、低电平、低电平、高电平调制。该步骤即为附图3中的四步微扰调制D。

对微扰的解调仍然是使用微扰高电平时的脉冲净面积减去微扰低电平时的脉冲净面积。前两步光强漂移造成的附加脉冲净面积之差和后两步光强漂移造成的附加脉冲净面积之差近似抵消，只剩下因为微扰高电平、低电平造成的脉冲净面积之差。该步骤即为附图3中的四步微扰调制B。

每一个微扰调制步即为整个计算步骤中的一个区间，一个连续四步微扰调制即对应1类区间、2类区间、3类区间、4类区间依次排列的一个组合。

每当一个区间计算结束时，脉冲净面积提取A、四步微扰解调B后的结果进行积分C，积分值和四步微扰调制值相加得到SUM7后，再将整形数据SUM7的最低Coff_I个数据位进行舍入截断得到数字量SUM8.该步骤即为附图3中的位数截断E。

数字量SUM8通过压控晶振直接对应单个调制步持续时间，构成增量式积分负反馈，则最终单个调制步持续时间可始终接近渡越时间。

若光纤陀螺中相位调制器相位调制波形的单个调制步持续时间近似等于渡越时间，调制相位在若干个固定值中取值。则在大多数情况下，相位调制信号边沿时刻附近，陀螺输出脉冲信号，且脉冲面积随单个调制步持续时间和渡越时间的偏差绝对值减小而减小。因此本发明的调制波形包括但不限于方波。

本发明的实施例如下：

对于一个具有典型参数的中精度光纤陀螺，本方案中使用的晶振晶振精度为全工作温度(-40℃～85℃)、工作电压(2.25V～2.75V)范围内频率相对变化量不超过±25PPM，频率牵引范围±1600PPM，牵引线性度典型值0.1％，最大值1％。牵引带宽8KHz。晶振牵引电压由积分器输出到16位DA的数字量控制。

贴在光纤环表面的温度计的测量结果如附图6所示。纵轴为温度，横轴为时间。该段时间内长时间温度变化速率绝对值的平均值为ΔT/Δt＝0.0142℃/min。

附图7显示了该温度变化的同一时间段内，单个调制步持续时间对渡越时间的的跟踪结果。纵轴为单个调制步持续时间，横轴为时间。图6和图7的时间轴上下对齐的点，表示同一时刻。单个调制步持续时间随时间变化趋势与温度同步且正相关，因为热膨胀时渡越时间增加，单个调制步持续时间紧跟着增加，反之同理。

附图8中，以附图6的温度数据为自变量，附图7中同时刻的单个调制步持续时间为因变量，进行线性拟合。其中图8-1表示拟合结果，图8-2表示拟合相对残差。从图8-2中可以看出跟踪过程中，单个调制步持续时间与渡越时间相对偏差不超过10PPM。PPM即百万分之一。因此本发明具有良好的渡越时间跟踪精度，跟踪稳定时单个调制步持续时间本身波动幅度小。

散点图为椭圆形状，上下两个半椭圆曲线分离，表示对同一温度下，由于温度变化速率分别为正负，而导致的跟踪滞后误差分别为正负误差。附图7中第23520秒至25950秒，温度变化约2.25摄氏度，平均温度变化速率0.056℃/min，从附图8-2中可知该段时间内跟踪滞后相对误差不超过5PPM，因此本发明具有良好的渡越时间跟踪速度

本发明算法中数据类型为整形数据，只存在加减和位数截断运算，不存在浮点数和乘除运算。因此算法对硬件资源需求小，实时性强，总体来说复杂度低。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪装置，包括宽谱光源(1)、光纤耦合器(2)、相位调制器(3)、光纤环(4)、光电探测器(5)、模数转换器(6)、数字信号处理器(7)和数模转换器(8)，光纤耦合器(2)一侧的一个尾纤与光电探测器(5)的输入端连接，光纤耦合器(2)一侧的另一个尾纤与宽谱光源(1)的输出端连接，光纤耦合器(2)另一侧的一个尾纤和相位调制器(3)的输入尾纤连接，光纤耦合器(2)另一侧的另一个尾纤为死头光纤，在系统中不用；相位调制器(3)的两个输出尾纤分别与光纤环(4)的两端相连接，光电探测器(5)经模数转换器(6)连接到数字信号处理器(7)，数字信号处理器(7)经数模转换器(8)连接到相位调制器(3)，模数转换器(6)和数模转换器(8)均由数字信号处理器(7)控制；其特征在于：包括压控晶振(9-2)并添加一个数模转换模块(10)；压控晶振(9-2)分别连接模数转换器(6)、数字信号处理器(7)和数模转换器(8)，数模转换模块(10)连接在压控晶振(9-2)和数字信号处理器(7)之间；

所述的压控晶振(9-2)为模数转换器(6)、数模转换器(8)和数字信号处理器(7)提供时钟信号，数模转换模块(10)由数字信号处理器(7)控制，数字信号处理器(7)输出电压信号经数模转换模块(10)数模转换后发送到压控晶振(9-2)的牵引电压输入端。

2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪装置，其特征在于：所述的数模转换模块(10)是指所有将数字信号转化为模拟电压值的芯片或电路。

3.应用于权利要求1所述装置的一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

1)对数字信号处理器(7)进行相位调制，相位调制周期为T_m，单个相位调制周期的波形是由N_step个调制步构成，单个相位调制步持续时间的初始值为T₀，且设定单个相位调制步持续时间的初始值T₀与光纤环渡越时间Δτ_g的相对偏差不超过10％，每个调制步的调制相位是固定的；并设定反馈周期T_fb，反馈周期T_fb是由N_m个相位调制周期T_m组成；

2)在调制步的边沿时刻前后ΔT时间内，对陀螺仪的光电探测器(5)的输出信号通过模数转换器(6)进行采样，对一个反馈周期T_fb内的采样值依次进行脉冲净面积提取(A)、四步微扰解调(B)的步骤处理，然后同时进行积分(C)、四步微扰调制(D)后再进行位数截断处理(E)，获得运算结果；

调制步的边沿时刻是指调制步所持续时间的前后两端的时刻；

3)完成一个反馈周期T_fb后，将反馈次数k累加1，将获得的运算结果输出到数模转换模块(10)中，从而控制压控晶振(9-2)的牵引电压，使得压控晶振(9-2)振荡频率变化，进而使得单个相位调制步持续时间实时发生变化；

4)再重复上述步骤1)～3)，使得在光纤环渡越时间随环境波动发生变化时，单个相位调制步持续时间T_k无限接近于光纤环渡越时间Δτ_g。

4.根据权利要求3所述的一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪方法，其特征在于：所述的步骤1)中对反馈周期T_fb划分区间，具体为：将一个反馈周期T_fb等分为若干区间，每个区间均包含若干个完整的相位调制周期，区间的总数N_s为四的公倍数，以每连续相邻的四个区间形成一组，一组的四个区间按时间顺序分别依次为1类区间、2类区间、3类区间和4类区间。

5.根据权利要求4所述的一种光纤陀螺渡越时间的实时跟踪方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：

2.1)脉冲净面积提取(A)：

针对反馈周期T_fb的每个区间，在区间中各个调制步边沿时刻之后的ΔT时间内进行采样，获得固定采样数量N_ad的光电探测器(5)输出信号的采样值，计算所有采样值的累加和SUM1；

针对反馈周期T_fb的每个区间，在区间中各个调制步边沿时刻之前的ΔT时间内进行采样，获得固定采样数量N_ad的光电探测器(5)输出信号的采样值，计算所有采样值的累加和SUM2；

由累加和SUM1减去累加和SUM2得到区间对应的脉冲净面积SUM3；

2.2)四步微扰解调(B)：

一个反馈周期T_fb内，累加所有1类区间和4类区间的脉冲净面积SUM3得到面积SUM4，累加所有2类区间和3类区间的脉冲净面积SUM3得面积SUM5，由面积SUM4减去面积SUM5得到反馈周期对应的解调结果SUM6；

2.3)积分(C)和四步微扰调制(D)：

积分(C)：每当一个反馈周期的解调结果SUM6计算结束时，将周期中的解调结果SUM6累加到数字信号处理器(7)内部的积分寄存器中；

四步微扰调制(D)：每当一个区间的脉冲净面积SUM3计算结束时，按以下方式覆盖写入到数字信号处理器(7)内部的微扰寄存器；

若区间为1类区间或4类区间，则写入负微扰值，若区间为2类区间或3类区间，则写入正微扰值；

2.4)位数截断(E)：

每当一个区间的脉冲净面积SUM3计算结束时，计算积分寄存器和微扰寄存器之和SUM7，然后整形数据SUM7的最低Coff_I个数据位进行舍入截断得到数字量SUM8，Coff_I为舍入截断的位数，将数字量SUM8输出到数模转换模块(10)。

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