CN111397645B - 一种相位差分解调方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相位差分解调方法及系统，属于相位解调技术领域，方法包括：S1对待解调目标信号与参考噪底信号进行前置处理；S2初始化N＝1，初始化信号以截止频率进行低通滤波；S3低通滤波处理后的信号进行N阶信号压缩，信号解缠绕，N阶信号恢复，分离恢复信号，偏置补偿；S4目标信号若解调成功，则输出进行偏置补偿后的目标信号，否则判断偏置补偿后的参考噪底信号是否可以进行N+1阶信号解调，若可以，则N＝N+1，转至步骤S3；否则，若N阶截止频率不为0时则降低低通滤波的N阶截止频率，转至步骤S2。本发明扩大可相位解调目标信号的动态范围，使得所有相位解调型传感技术的应用范围更广。

Description

一种相位差分解调方法及系统
技术领域
本发明属于相位解调技术领域，更具体地，涉及一种相位差分解调方法及系统。
背景技术
在光纤传感领域，基于相位敏感的光时域反射
Figure BDA0002439858210000011
的分布式声波传感技术由于具有长距离、高精度、线性探测和稳定性高的优势，已经应用于铁路安全监测、管道监测和周界安全检测等诸多工程领域。在
Figure BDA0002439858210000012
技术中使用光纤作为传感介质，声波作用在传感光纤上会使光纤产生轴向的伸缩。当光在光纤中传播时，光的相位也会随之改变，
Figure BDA0002439858210000013
技术就是通过解调光的相位获知声波信号。由于相位信息具有周期性，解调结果被缠绕在一个2π的周期内，当声波信号较大时，不可避免的出现信号超出一个相位周期的情况，从而产生信号的失真。
通常的恢复手段是使用解缠绕算法，即通过对每个时刻的相位信号加减2π的整数倍，从而将信号恢复到本应存在的周期内。这种方法可以恢复相邻两个时刻的相位之差小于等于π的信号，但是对于相邻两个时刻的相位之差大于π的信号仍然无能为力。这就大大的限制了在工程领域的应用，对工程应用产生很大的阻碍。
现在也有提出通过改进结构来实现大信号恢复，比如双波长法同时发射不同波长的探测脉冲，对两个波长探测结果进行组合，来实现大信号的探测，这种方式不仅增加了硬件成本，而且由于两波长的损耗有较大的差距，探测距离较短，又从另一方面限制了在工程领域的应用。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种相位差分解调方法及系统，扩大可解调目标信号的动态范围，让分布式声波传感技术的应用范围更广。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种相位差分解调方法，包括：
S1：对待解调目标信号与待解调参考噪底信号进行前置处理，获取初始化信号；并设置低通滤波的初始截止频率为信号采样率；
其中，待解调参考噪底信号是在与待解调目标信号相同探测条件下的噪底信号；
S2：初始化N＝1，并初始化信号进行低通滤波；
S3：低通滤波处理后的信号依次进行N阶信号压缩，信号解缠绕，N阶信号恢复，分离恢复信号中的目标信号和参考噪底信号，以及对分离后的信号进行偏置补偿；
S4：判断N是否为1，若为1，则令N＝N+1，转至步骤S3；否则，转至步骤S5；
S5：判断进行偏置补偿后的目标信号是否解调成功，若解调成功，则输出进行偏置补偿后的目标信号，解调结束，否则，转至S6；
S6：判断进行偏置补偿后的参考噪底信号是否可以进行N+1阶信号解调，若可以，则N＝N+1，转至步骤S3；否则，转至步骤S7；
S7：判断截止频率是否为0，若不是，则降低低通滤波的N阶截止频率，转至步骤S2；否则认为解调失败，解调结束。
优选地，获取初始化信号的方法为：
S1.1对待解调目标信号与待解调参考噪底信号均进行希尔伯特变换，获取待解调目标信号的正交信号与待解调参考噪底信号的正交信号；
S1.2对待解调目标信号与其正交信号进行IQ(in-phase quadrature)解调，获取第一IQ解调信号；对待解调参考噪底信号与其正交信号进行IQ解调，获取第二IQ解调信号；
S1.3将第一IQ解调信号与第二IQ解调信号进行拼接，获取初始化信号。
优选地，N阶信号压缩的过程为：
对低通滤波处理后的信号a(k)进行N阶差分获取dNa(k)，实现对低通滤波处理后信号的幅值压缩；dNa(k)的获取方法为：
da(k)＝a(k+1)-a(k)；
d2a(k)＝da(k+1)-da(k)；
......
dNa(k)＝dN-1a(k+1)-dN-1a(k)；
其中，da(k)表示a(k)的一阶差分；dNa(k)表示a(k)的N阶差分；k为低通滤波处理的采样点编号，取值为从1开始的整数。
优选地，信号解缠绕的过程为：
将dNa(k)通过对每个时刻的相位加或减2π的整数倍，实现相邻时刻的相位之差小于等于π，获取的解缠绕结果为：
Figure BDA0002439858210000031
其中，bN(k)为解缠绕结果；n的取值使|bN(k)-bN(k-1)|≤π成立，且取值为整数。
优选地，N阶信号恢复具体为：通过对解缠绕后的信号进行N阶积分运算；
优选地，偏置补偿为多项式拟合补偿法或参考信号补偿法；
多项式拟合补偿法为：对N阶恢复信号中的目标信号进行N-1阶多项式拟合，获取目标信号的多项拟合式；将N阶恢复信号中的目标信号与分离后的参考噪底信号分别减去目标信号的多项拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；
参考信号补偿法为：
D1：将分离后的参考噪底信号nN0(k)与第二IQ解调信号做差；
D2：对D1的做差结果进行N-1阶多项式拟合，获取参考噪底信号的多项式拟合式；
D3：将分离后的目标信号SN0(k)和分离后的参考噪底信号nN0(k)分别减去参考噪底信号的多项式拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；k为低通滤波处理的采样点编号。
优选地，判断是否解调成功的方法为：N阶目标信号SN(k)与N-1阶目标信号SN-1(k)进行互相关，若互相关结果大于0.99，则N阶目标信号SN(k)收敛，解调成功；
优选地，S7具体为：
具体地，将N阶参考噪底信号nN(k)与N-1阶参考噪底信号nN-1(k)进行互相关，若互相关结果大于0.99，则噪声水平未超过可解调极限，进行下一阶信号解调，转至步骤S5；反之，噪声水平已经超过可解调极限，不进行下一阶信号解调，转至步骤S8。
另一方面，本发明提供了一种相位差分解调系统，包括：
前置处理模块用于对待解调目标信号与待解调参考噪底信号进行前置处理，获取初始化信号；
低通滤波器将接收的初始化信号以截止频率进行低通滤波；
信号解调模块包括信号压缩模块、信号解缠绕模块、信号恢复模块、信号分离模块和偏置补偿模块；用于对初始化信号和低通滤波处理后的信号依次进行N阶信号压缩，信号解缠绕，N阶信号恢复，分离恢复信号中的目标信号和参考噪底信号，以及对分离后的信号进行偏置补偿；
解调判断模块用于判断进行偏置补偿后的目标信号是否解调成功，若解调成功，则输出进行偏置补偿后的目标信号；
噪底判断模块用于判断进行偏置补偿后的参考噪底信号是否可以进行N+1阶信号解调，若可以，则执行N＝N+1；
参数控制模块用于设置低通滤波的初始截止频率为信号采样率且初始化N＝1；并用于判断N阶截止频率是否为0，若不是，则降低低通滤波的N阶截止频率，否则输出解调失败信号。
优选地，前置处理模块包括：
希尔伯特变换模块用于对待解调目标信号与待解调参考噪底信号均进行希尔伯特变换，获取待解调目标信号的正交信号与待解调参考噪底信号的正交信号；
IQ解调模块用于对待解调目标信号与其正交信号进行IQ解调，获取第一IQ解调信号；且对待解调参考噪底信号与其正交信号进行IQ解调，获取第二IQ解调信号；
拼接模块用于将第一IQ解调信号与第二IQ解调信号进行拼接，获取初始化信号。
优选地，信号压缩模块对低通滤波处理后的信号a(k)进行N阶差分获取dNa(k)，实现对低通滤波处理后信号的相位压缩；dNa(k)为：
da(k)＝a(k+1)-a(k)；
d2a(k)＝da(k+1)-da(k)；
......
dNa(k)＝dN-1a(k+1)-dN-1a(k)；
其中，da(k)表示a(k)的一阶差分；dNa(k)表示a(k)的N阶差分；k为低通滤波处理的采样点编号，取值为从1开始整数。
优选地，信号解缠绕模块用于将dNa(k)通过对每个时刻的相位加或减2π的整数倍，实现相邻时刻的相位之差小于等于π，获取的解缠绕结果为：
Figure BDA0002439858210000051
其中，bN(k)为解缠绕结果；n的取值n的取值使|bN(k)-bN(k-1)|≤π成立且取值为整数。
优选地，偏置补偿模块为多项式拟合补偿模块或参考信号补偿模块；
多项式拟合补偿模块用于对N阶恢复信号中的目标信号进行N-1阶多项式拟合，获取目标信号的多项拟合式；将N阶恢复信号中的目标信号与分离后的参考噪底信号分别减去目标信号的多项拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；
参考信号补偿模块用于将分离后的参考噪底信号与第二IQ解调信号做差后进行N-1阶多项式拟合，获取参考噪底信号的多项式拟合式，将分离后的目标信号和分离后的参考噪底信号分别减去参考噪底信号的多项式拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；k为低通滤波处理的采样点编号。
优选地，信号恢复模块通过对解缠绕后的信号进行N阶积分运算；
优选地，解调判断模块判断是否解调成功的方法为：N阶目标信号SN(k)与N-1阶目标信号SN-1(k)进行互相关，若互相关结果大于0.99，则N阶目标信号SN(k)收敛，解调成功；
优选地，噪底判断模块判断进行偏置补偿后的参考噪底信号是否可以进行N+1阶信号解调的方法为：
将N阶参考噪底信号nN(k)与N-1阶参考噪底信号nN-1(k)进行互相关，若互相关结果大于0.99，则噪声水平未超过可解调极限，进行下一阶信号解调；反之，噪声水平已经超过可解调极限，不进行下一阶信号解调。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明通过信号压缩的过程减小信号的幅值，使原本不能进行解缠绕运算的信号满足解缠绕条件，然后将进行解缠绕运算之后的信号进行信号恢复和偏置补偿，最终成功解调超限大信号，实现了大动态范围的相位解调。
在整个过程中，信号压缩和解缠绕运算不产生噪声，信号恢复中产生的偏置误差可被偏置补偿过程完全消除，所以使用本发明的方法相比传统的解缠绕算法，不会产生额外的误差且不增加信号的信噪比。
由于本发明的方法仅在数据处理端的改进，相比于背景技术中提到的其他扩大动态范围的方法，不需要任何对
Figure BDA0002439858210000071
等相位探测系统的改变和优化，因此本发明提供的方法成本更低，同时本发明不需要牺牲其他的探测性能，如探测距离、信号比等。
由于本发明的方法仅在相位解调端代替了原有的解缠绕算法，所以不仅可以用在多种结构的
Figure BDA0002439858210000072
系统中，如相干探测系统、相位生成载波(PGC)探测系统、3*3耦合器探测系统，还可以运用在其他领域的相位解调传感技术中，如法布里-珀罗传感技术、多普勒位移传感技术等，具有很强的普适性。
附图说明
图1是实施例提供的大动态范围的相位差分解调方法流程图；
图2是实施例提供的偏置补偿流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一方面，本发明提供了一种大动态范围的相位差分解调方法，包括以下步骤：
S1：对待解调目标信号
Figure BDA0002439858210000073
与待解调参考噪底信号
Figure BDA0002439858210000074
进行前置处理，获取初始化信号；并设置低通滤波的初始截止频率为信号采样率；
其中，待解调参考噪底信号是在与待解调目标信号相同探测条件下的噪底信号；
Figure BDA0002439858210000081
为解调出的目标信号；
Figure BDA0002439858210000082
为解调出的参考噪底信号；k为低通滤波处理的采样点编号，取值为从1开始的整数。
具体地，前置处理过程如下：
S1.1对待解调目标信号进行希尔伯特变换，获取待解调目标信号的正交信号；并将待解调参考噪底信号进行希尔伯特变换，获取待解调参考噪底信号的正交信号；
S1.2将待解调目标信号与其正交信号进行IQ解调，获取第一IQ解调信号；将待解调参考噪底信号与其正交信号进行IQ解调，获取第二IQ解调信号；
S1.3将第一IQ解调信号与第二IQ解调信号进行拼接，获取初始化信号；
S2：初始化N＝1，并初始化信号以截止频率进行低通滤波；
S3：低通滤波处理后的信号依次进行N阶信号压缩，信号解缠绕，N阶信号恢复，分离恢复信号中的目标信号和参考噪底信号，以及对分离后的信号进行偏置补偿；
具体地，N阶信号压缩的过程为：
对低通滤波处理后的信号a(k)进行N阶差分获取dNa(k)，实现对低通滤波处理后信号的幅值压缩；整个过程为：
da(k)＝a(k+1)-a(k)；
d2a(k)＝da(k+1)-da(k)；
......
dNa(k)＝dN-1a(k+1)-dN-1a(k)；
其中，da(k)表示a(k)的一阶差分；dNa(k)表示a(k)的N阶差分；k为低通滤波处理的采样点编号，取值为从1开始的整数；
具体地，信号解缠绕的过程为：
将经N阶信号压缩获取的dNa(k)通过对每个时刻的相位加或减2π的整数倍以实现相邻时刻的相位之差小于等于π；整个过程为：
Figure BDA0002439858210000091
其中，bN(k)为解缠绕结果，n的取值使|bN(k)-bN(k-1)|≤π成立，且取值为整数。
优选地，N阶信号恢复具体为：通过对解缠绕后的信号进行N阶积分运算；
优选地，偏置补偿包括多项式拟合补偿法和参考信号补偿法；
多项式拟合补偿法为：对N阶恢复信号中的目标信号SN0(k)进行N-1阶多项式拟合，将N阶恢复信号中的目标信号SN0(k)减去目标信号的多项拟合式，获取偏置补偿后的目标信号；分离后的参考噪底信号nN0(k)减去目标信号的多项拟合式，获取偏置补偿后的参考噪底信号；
参考信号补偿法为：
D1：将分离后的参考噪底信号nN0(k)与第二IQ解调信号做差；
D2：对D1的做差结果进行N-1阶多项式拟合；
D3：将分离后的目标信号SN0(k)和参考噪底信号nN0(k)减去D2中N-1阶多项式拟合的结果(参考噪底信号的多项式拟合式)进行偏置补偿，获取偏置补偿后的目标信号SN(k)和偏置补偿后的参考噪底信号nN(k)；
S4：判断N是否为1，若为1，则令N＝N+1，转至步骤S3；否则，转至步骤S5；
S5：判断进行偏置补偿后的目标信号SN(k)是否解调成功，若解调成功，则偏置补偿后的解调目标信号SN(k)，即为解调出的目标信号
Figure BDA0002439858210000092
输出该信号，解调结束；否则，转至S6；
判断是否解调成功的方法为：N阶目标信号SN(k)与N-1阶目标信号SN-1(k)进行互相关，若互相关结果大于0.99，则N阶目标信号SN(k)收敛，解调成功，否则，转至步骤S6；
S6：判断进行偏置补偿后的参考噪底信号nN(k)是否可以进行N+1阶信号解调，若可以，则N＝N+1，转至步骤S3；否则，转至步骤S7；
具体地，将N阶参考噪底信号nN(k)与N-1阶参考噪底信号nN-1(k)进行互相关，若互相关结果大于0.99，则噪声水平未超过可解调极限，进行下一阶信号解调，转至步骤S3；反之，噪声水平已经超过可解调极限，不进行下一阶信号解调，转至步骤S7；
S7：判断截止频率是否为0，若不是，则降低低通滤波的截止频率，转至步骤S2；否则认为解调失败，解调结束。
优选地，每次降低的截止频率为信号采样率的二十分之一；
另一方面，本发明提供了一种大动态范围的相位差分解调系统，包括：
前置处理模块用于对待解调目标信号与待解调参考噪底信号进行前置处理，获取初始化信号；
低通滤波器将接收的初始化信号以截止频率进行低通滤波；
信号解调模块包括信号压缩模块、信号解缠绕模块、信号恢复模块、信号分离模块和偏置补偿模块；用于对初始化信号和低通滤波处理后的信号依次进行N阶信号压缩，信号解缠绕，N阶信号恢复，分离恢复信号中的目标信号和参考噪底信号，以及对分离后的信号进行偏置补偿；
解调判断模块用于判断进行偏置补偿后的目标信号是否解调成功，若解调成功，则输出进行偏置补偿后的目标信号；
噪底判断模块用于判断进行偏置补偿后的参考噪底信号是否可以进行N+1阶信号解调，若可以，则执行N＝N+1；
参数控制模块用于设置低通滤波的初始截止频率为信号采样率且初始化N＝1；并用于判断截止频率是否为0，若不是，则降低低通滤波的截止频率，否则输出解调失败信号。
优选地，前置处理模块包括：
希尔伯特变换模块用于对待解调目标信号与待解调参考噪底信号均进行希尔伯特变换，获取待解调目标信号的正交信号与待解调参考噪底信号的正交信号；
IQ解调模块用于对待解调目标信号与其正交信号进行IQ解调，获取第一IQ解调信号；且对待解调参考噪底信号与其正交信号进行IQ解调，获取第二IQ解调信号；
拼接模块用于将第一IQ解调信号与第二IQ解调信号进行拼接，获取初始化信号。
优选地，信号压缩模块对低通滤波处理后的信号a(k)进行N阶差分获取dNa(k)，实现对低通滤波处理后信号的相位压缩；dNa(k)为：
da(k)＝a(k+1)-a(k)；
d2a(k)＝da(k+1)-da(k)；
......
dNa(k)＝dN-1a(k+1)-dN-1a(k)；
其中，da(k)表示a(k)的一阶差分；dNa(k)表示a(k)的N阶差分；k为低通滤波处理的采样点编号，取值为从1开始整数。
优选地，信号解缠绕模块用于将dNa(k)通过对每个时刻的相位加或减2π的整数倍，实现相邻时刻的相位之差小于等于π，获取的解缠绕结果为：
Figure BDA0002439858210000111
其中，bN(k)为解缠绕结果；n的取值使|bN(k)-bN(k-1)|≤π成立且取值为整数。
优选地，偏置补偿模块为多项式拟合补偿模块或参考信号补偿模块；
多项式拟合补偿模块用于对N阶恢复信号中的目标信号进行N-1阶多项式拟合，获取目标信号的多项拟合式；将N阶恢复信号中的目标信号与分离后的参考噪底信号分别减去目标信号的多项拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；
参考信号补偿模块用于将分离后的参考噪底信号与第二IQ解调信号做差后进行N-1阶多项式拟合，获取参考噪底信号的多项式拟合式，将分离后的目标信号和分离后的参考噪底信号分别减去参考噪底信号的多项式拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；k为低通滤波处理的采样点编号。优选地，信号恢复模块通过对解缠绕后的信号进行N阶积分运算；
优选地，解调判断模块判断是否解调成功的方法为：N阶目标信号SN(k)与N-1阶目标信号SN-1(k)进行互相关，若互相关结果大于0.99，则N阶目标信号SN(k)收敛，解调成功；
优选地，噪底判断模块判断进行偏置补偿后的参考噪底信号是否可以进行N+1阶信号解调的方法为：
将N阶参考噪底信号nN(k)与N-1阶参考噪底信号nN-1(k)进行互相关，若互相关结果大于0.99，则噪声水平未超过可解调极限，进行下一阶信号解调；反之，噪声水平已经超过可解调极限，不进行下一阶信号解调。
实施例
如图1所示，首先将待解调目标信号和噪底进行希尔伯特变换，获得待解调目标信号和噪底的正交信号；再将待解调目标信号及其正交信号IQ解调，获取第一IQ解调目标信号；将噪底及其正交信号IQ解调，获取第二IQ解调目标信号；将第一IQ解调目标信号和第二IQ解调目标信号进行拼接。
由于噪底信号幅值较小，可以由IQ解调获取；将噪底信号与第一IQ解调结果进行拼接，可以通过噪底信号的变化追踪待解调目标信号的变化，以便待解调目标信号在N阶信号解调后对噪声进行完全补偿。
对于图1提出的低通滤波步骤是为了进一步提高相位差分解调方法的动态范围。由于在N阶信号解调过程中，相位差分解调方法的动态范围的提升会受到高频噪声的限制，所以通过低通滤波器滤除高频噪声，但是由于低通滤波会使信号失真，所以阶梯式设置低通滤波的截止频率，第一次不进行滤波，只进行信号解调，若不能成功解调，则逐步降低低通滤波的截止频率，以达到最好的解调效果。
图1中的N阶信号解调过程，用于大动态信号的解调，首先将第一IQ解调结果进行N阶压缩差分运算，差分运算可以压缩信号的幅值，也可以使相邻两个时刻的相位之差大于π的信号被压缩，从而满足解缠绕条件，在被正常解缠绕之后，通过N阶积分运算进行信号恢复，恢复出的信号存在N-1阶的多项式误差；偏置误差的补偿方法如图2所示，将分离出的噪底信号作为参考，可以准确地计算出N-1阶的多项式误差，完成信号的恢复。
对于N阶信号解调过程中阶数N的选择，由于N越大待解调目标信号被压缩越小，而同时高频噪声会被放大，所以N的选择必须合适。当N较小时，待解调目标信号可能不满足解缠绕条件；当N较大时，可能噪底信号被放大后不能满足解缠绕的条件。
本发明中，将阶数N从1开始进行累加，N阶信号解调模块的结果进行解调判断过程，用于判断信号是否被成功恢复；若成功恢复，则相位差分解调结束；若没有成功恢复，则进行噪底判断过程，判断噪底信号是否已经大到不能满足解缠绕条件；如果满足解缠绕条件，则增加阶数N，再次进行解调运算；如果不能满足条件，则需要回到低通滤波步骤，滤除更多的高频信号以减小噪声。
本发明相比于现有技术，存在以下优势：
本发明通过信号压缩的过程减小信号的幅值，使原本不能进行解缠绕运算的信号满足解缠绕条件，然后将进行解缠绕运算之后的信号进行信号恢复和偏置补偿，最终成功解调超限大信号，实现了大动态范围的相位解调。
在整个过程中，信号压缩和解缠绕运算不产生噪声，信号恢复中产生的偏置误差可被偏置补偿过程完全消除，所以使用本发明的方法相比传统的解缠绕算法，不会产生额外的误差且不增加信号的信噪比。
由于本发明的方法仅在数据处理端的改进，相比于背景技术中提到的其他扩大动态范围的方法，不需要任何对
Figure BDA0002439858210000141
等相位探测系统的改变和优化，因此本发明提供的方法成本更低，同时本发明不需要牺牲其他的探测性能，如探测距离、信号比等。
由于本发明的方法仅在相位解调端代替了原有的解缠绕算法，所以不仅可以用在多种结构的
Figure BDA0002439858210000142
系统中，如相干探测系统、相位生成载波(PGC)探测系统、3*3耦合器探测系统，还可以运用在其他领域的相位解调传感技术中，如法布里-珀罗传感技术、多普勒位移传感技术等，具有很强的普适性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种相位差分解调方法，其特征在于，包括：
S1：对待解调目标信号与待解调参考噪底信号进行前置处理，获取初始化信号；并设置低通滤波的初始截止频率为信号采样率；
其中，待解调参考噪底信号是在与待解调目标信号相同探测条件下的噪底信号；
S2：初始化N＝1，并初始化信号进行低通滤波；
S3：低通滤波处理后的信号依次进行N阶信号压缩，信号解缠绕，N阶信号恢复，分离恢复信号中的目标信号和参考噪底信号，以及对分离后的信号进行偏置补偿；
N阶信号压缩的过程为：
对低通滤波处理后的信号a(k)进行N阶差分获取dNa(k)，实现对低通滤波处理后信号的幅值压缩；dNa(k)的获取方法为：
da(k)＝a(k+1)-a(k)；
d2a(k)＝da(k+1)-da(k)；
......
dNa(k)＝dN-1a(k+1)-dN-1a(k)；
其中，da(k)表示a(k)的一阶差分；dNa(k)表示a(k)的N阶差分；k为低通滤波处理的采样点编号，取值为从1开始的整数；
信号解缠绕的过程为：
将dNa(k)通过对每个时刻的相位加或减2π的整数倍，实现相邻时刻的相位之差小于等于π，获取的解缠绕结果为：
Figure FDA0002753075520000011
其中，bN(k)为解缠绕结果；n的取值使|bN(k)-bN(k-1)|≤π成立，且取值为整数；
S4：判断N是否为1，若为1，则令N＝N+1，转至步骤S3；否则，转至步骤S5；
S5：判断进行偏置补偿后的目标信号是否解调成功，若解调成功，则输出进行偏置补偿后的目标信号，解调结束，否则，转至S6；
S6：判断进行偏置补偿后的参考噪底信号是否可以进行N+1阶信号解调，若可以，则N＝N+1，转至步骤S3；否则，转至步骤S7；
S7：判断截止频率是否为0，若不是，则降低低通滤波的截止频率，转至步骤S2；否则认为解调失败，解调结束。
2.根据权利要求1所述的相位差分解调方法，其特征在于，所述获取初始化信号的方法为：
S1.1对待解调目标信号与待解调参考噪底信号均进行希尔伯特变换，获取待解调目标信号的正交信号与待解调参考噪底信号的正交信号；
S1.2对待解调目标信号与其正交信号进行IQ解调，获取第一IQ解调信号；对待解调参考噪底信号与其正交信号进行IQ解调，获取第二IQ解调信号；
S1.3将第一IQ解调信号与第二IQ解调信号进行拼接，获取初始化信号。
3.根据权利要求2所述的相位差分解调方法，其特征在于，所述偏置补偿为多项式拟合补偿法或参考信号补偿法；
所述多项式拟合补偿法为：对N阶恢复信号中的目标信号进行N-1阶多项式拟合，获取目标信号的多项拟合式；将N阶恢复信号中的目标信号与分离后的参考噪底信号分别减去目标信号的多项拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；
所述参考信号补偿法为：
D1：将分离后的参考噪底信号nN0(k)与第二IQ解调信号做差；
D2：对D1的做差结果进行N-1阶多项式拟合，获取参考噪底信号的多项式拟合式；
D3：将分离后的目标信号SN0(k)和分离后的参考噪底信号nN0(k)分别减去参考噪底信号的多项式拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；k为低通滤波处理的采样点编号。
4.一种大动态范围的相位差分解调系统，其特征在于，包括：
前置处理模块用于对待解调目标信号与待解调参考噪底信号进行前置处理，获取初始化信号；
低通滤波器将接收的初始化信号以截止频率进行低通滤波；
信号解调模块包括信号压缩模块、信号解缠绕模块、信号恢复模块、信号分离模块和偏置补偿模块；用于对初始化信号和低通滤波处理后的信号依次进行N阶信号压缩，信号解缠绕，N阶信号恢复，分离恢复信号中的目标信号和参考噪底信号，以及对分离后的信号进行偏置补偿；
所述信号压缩模块对低通滤波处理后的信号a(k)进行N阶差分获取dNa(k)，实现对低通滤波处理后信号的幅值压缩；dNa(k)为：
da(k)＝a(k+1)-a(k)；
d2a(k)＝da(k+1)-da(k)；
......
dNa(k)＝dN-1a(k+1)-dN-1a(k)；
其中，da(k)表示a(k)的一阶差分；dNa(k)表示a(k)的N阶差分；k为低通滤波处理的采样点编号，取值为从1开始整数；
所述信号解缠绕模块用于将dNa(k)通过对每个时刻的相位加或减2π的整数倍，实现相邻时刻的相位之差小于等于π，获取的解缠绕结果为：
Figure FDA0002753075520000031
其中，bN(k)为解缠绕结果；n的取值使|bN(k)-bN(k-1)|≤π成立且取值为整数；
解调判断模块用于判断进行偏置补偿后的目标信号是否解调成功，若解调成功，则输出进行偏置补偿后的目标信号；
噪底判断模块用于判断进行偏置补偿后的参考噪底信号是否可以进行N+1阶信号解调，若可以，则执行N＝N+1；
参数控制模块用于设置低通滤波的初始截止频率为信号采样率且初始化N＝1；并用于判断截止频率是否为0，若不是，则降低低通滤波的截止频率，否则输出解调失败信号。
5.根据权利要求4所述的相位差分解调系统，其特征在于，所述前置处理模块包括：
希尔伯特变换模块用于对待解调目标信号与待解调参考噪底信号均进行希尔伯特变换，获取待解调目标信号的正交信号与待解调参考噪底信号的正交信号；
IQ解调模块用于对待解调目标信号与其正交信号进行IQ解调，获取第一IQ解调信号；且对待解调参考噪底信号与其正交信号进行IQ解调，获取第二IQ解调信号；
拼接模块用于将第一IQ解调信号与第二IQ解调信号进行拼接，获取初始化信号。
6.根据权利要求5所述的相位差分解调系统，其特征在于，所述偏置补偿模块为多项式拟合补偿模块或参考信号补偿模块；
所述多项式拟合补偿模块用于对N阶恢复信号中的目标信号进行N-1阶多项式拟合，获取目标信号的多项拟合式；将N阶恢复信号中的目标信号与分离后的参考噪底信号分别减去目标信号的多项拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；
所述参考信号补偿模块用于将分离后的参考噪底信号与第二IQ解调信号做差后进行N-1阶多项式拟合，获取参考噪底信号的多项式拟合式，将分离后的目标信号和分离后的参考噪底信号分别减去参考噪底信号的多项式拟合式，获取偏置补偿后的目标信号和偏置补偿后的参考噪底信号；k为低通滤波处理的采样点编号，取值为从1开始的整数。
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