CN113702908B - 一种基于pdh解调技术的高精度三维声源定位系统 - Google Patents

一种基于pdh解调技术的高精度三维声源定位系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113702908B
CN113702908B CN202111020401.XA CN202111020401A CN113702908B CN 113702908 B CN113702908 B CN 113702908B CN 202111020401 A CN202111020401 A CN 202111020401A CN 113702908 B CN113702908 B CN 113702908B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fbg
axis
pdh
axial
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111020401.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113702908A (zh
Inventor
张羽
陈济铭
金威
张毅博
刘帅
张亚勋
刘志海
杨军
苑立波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN202111020401.XA priority Critical patent/CN113702908B/zh
Publication of CN113702908A publication Critical patent/CN113702908A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113702908B publication Critical patent/CN113702908B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/20—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明提供一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位方案。方案主要包括：窄线宽光源模块、高精度三维声源光纤FBG‑FP探头模块、PDH解调反馈控制模块。主要的方案是：窄线宽光源模块中种子源经过单边带调制提供三个不同边带频光信号，注入高精度三维声源光纤FBG‑FP探头模块，三个不同边带频光信号与三个轴向的声音敏感FBG‑FP对应，光信号经过反射后注入PDH解调反馈控制模块，根据获取的三个轴向的PDH误差信号对三个边带频的射频源进行反馈控制，当有声源信息时，三个轴向的反馈控制输出在时序及强度上存在差异，经过解算后实现三个轴向声源实时高精度监测。这种方案以高精细FBG‑FP为传感核心，使得单轴声源监测分辨率、精度得到提升，进而极大地提高了三维声源定位的准确度，具备较大的应用前景。

Description

一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位系统
技术领域
本发明涉及的是光纤传感领域，具体是涉及到一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位系统。
背景技术
声源定位(Direction-of-Arrival)技术具有广泛的应用需求，联合其他定位手段能够使实现目标的高精度鉴别。DOA系统主要由声源采集系统、声源信号预处理系统及声源解算系统组成，目前研究者们主要针对声源信号的处理与解算做了很多工作(杨鹏,徐勤奇,孙昊,祖丽楠,郑昀,尹哲,吴秀谦.三维空间声源定位方法[P].天津：CN103064061A,2013-04-24；朱剑,张向东,罗志平,严栋,陈茁.一种麦克风阵列声源定位方法和装置[P].山东：CN107422305A,2017-12-01.)，对于声源采集系统均采用较为成熟的电学麦克风阵列，而事实上前端声源信号的采集是限制DOA系统最终性能的。
声源信号采集的光学方法目前主要为光纤干涉仪以及光纤光栅，光纤干涉仪性能主要由臂长限制，而臂长对应着集成及小型化不易(衣文索.一种新型光纤光栅马赫泽德干涉光路光纤水听传感器[P].湖北：CN108761432A,2018-11-06.)；而光纤光栅的敏感区域短，便于集成，但是其精度受到光栅谐振特性的影响，引入具备高精细谐振峰结构的光栅以及高精度解调技术，实现声源高精度、高分辨率的测量与定位。
发明内容
一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位系统，包括窄线宽光源模块(1)、高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)、PDH解调反馈控制模块(3)；
所述窄线宽光源模块(1)包含窄线宽激光器(101)、单边带调制器(102)、直波导调制器(103)、一分三耦合器(104)；
所述高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)包含三个轴向参数一致的基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪，分别为x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)；以及三只与之对应的光纤环形器，分别为光纤环形器.1(204)、光纤环形器.2(205)、光纤环形器.3(206)；
所述PDH解调反馈控制模块(3)包含PDH误差信号解调模块，即：光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)、光电探测器.3(303)、锁相放大模块(304)、函数发生器(305)；反馈控制模块，即FPGA(306)、PID.1(307)、PID.2(308)、PID.3(309)、压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)、射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)；
所述窄线宽光源模块(1)中窄线宽种子源经过单边带调制提供三个不同边带频光信号，注入高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)，三个不同边带频光信号与三个轴向的声音敏感FBG-FP对应，光信号经过反射后注入PDH解调反馈控制模块(3)，根据获取的三个轴向的PDH误差信号对三个边带频的射频源进行反馈控制，当有声源信息时，三个轴向的反馈控制输出在时序及强度上存在差异，经过解算后实现三个轴向声源实时高精度监测；
所述窄线宽激光器(101)提供窄线宽种子光源，注入单边带调制器(102)中，由三个不同射频频段的压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)经过射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)后提供调制信号，实现三个边带频光信号，随后注入直波导调制器(103)中进行相位调制，经过一分三耦合器(104)分成等能量三束光，以传入x轴向的信号光为例，首先经过光纤环形器.1(204)注入x轴向FBG-FP.1(201)中，反射光再次经过光纤环形器.1(201)传入光电探测器.1中，光信号转换为电信号，经过锁相放大模块(304)解调获得x轴向的PDH误差信号，后续FPGA(306)根据x轴向的PDH误差信号零点位置、线性区斜率等参数确定PID.1(307)的参数并实现对压控振荡器.1(310)的反馈控制，使得x轴边带光始终锁定在x轴向FBG-FP.1(201)上，同理可通过光纤环形器.2(205)、y轴向FBG-FP.2(202)、光电探测器.2(302)、光纤环形器.3(206)、z轴向FBG-FP.3(203)、光电探测器.3(303)、锁相放大模块(304)获取y轴向的PDH误差信号及z轴向的PDH误差信号，通过FPGA(306)、PID.2(308)、PID.3(309)、压控振荡器.2(VCO.2)、压控振荡器.3(VCO.3)实现对y轴边带光、z轴边带光的锁定；
所述窄线宽激光器.1(101)的中心波长在x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)的高反区内；
所述窄线宽激光器.1(101)提供定频激光信号输出；
所述单边带调制器(SSB)(102)对新光信号进行单边带调制，实现频域上的单向偏移；
所述单边带调制器(102)的三个边带偏移的射频调制源由压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)经过射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)后提供；
所述直波导调制器(SPM)(103)对激光信号进行相位调制，其中调制信号由函数发生器(305)提供；
所述直波导调制器(103)可由具备光相位调制的器件替代，例如相位调制器，Y波导等相位调制器件；
所述一分三耦合器(104)将经过单边带调制、相位调制后的光信号分成等能量的三束光信号；
所述x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)的为布设在密闭空间的三个轴向参数一致的基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪，即两个一致的光纤布拉格光栅保持一定间距刻写在光纤上；
所述x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)在布设时需要根据对应的压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)来施加预应力，保证在对应的压控振荡器的频带范围内仅有该FBG-FP有PDH误差信号产生，例如在压控振荡器.1(310)的频带范围内x轴向FBG-FP(201)的通路有PDH误差信号，而y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)无PDH误差信号；
所述x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)固定在声波增敏金属管中，然后布设于密闭空间内的三个轴向棱边；
所述光纤环形器.1(204)、光纤环形器.2(205)、光纤环形器.3(206)将光信号注入x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)中，再将反射的光信号分别注入光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)、光电探测器.3(303)中；
所述光电探测器.1(301)实现对x轴向FBG-FP.1(201)中精细谐振峰的探测，光电探测器.2(302)实现对y轴向FBG-FP.2(202)中精细谐振峰的探测，光电探测器.3(303)实现对z轴向FBG-FP.3(202)中精细谐振峰的探测；
所述锁相放大器模块(304)将函数发生器(305)提供的调制信号与光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)及光电探测器.3(303)采集的信号进行混频、滤波等信号处理过程，获得三个轴向的PDH误差信号；
所述FPGA(306)同时对锁相放大器模块(304)提供的三个轴向的PDH误差信号进行采集、零点识别及线性区斜率估算等信号处理过程，据此配置后续PID.1(307)、PID.2(308)及PID.3(309)的参数；
所述PID.1(307)根据x轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.1(310)反馈锁定至x轴向的窄线宽谐振峰，PID.2(308)根据y轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.2(311)反馈锁定至y轴向的窄线宽谐振峰，PID.3(309)根据z轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.3(312)反馈锁定至z轴向的窄线宽谐振峰，；
所述PID.1(307)、PID.2(308)及PID.3(309)的控制带宽高于待测声频；
所述一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位方案为当声源输出时，由于在监测区内，三个轴向的FBG-FP距离声源位置存在差异，各自通路输出的信号幅值及时序上存在差异，即利用TDOA(Time Difference of Arrival)声源定位法确定出声源的位置及强度。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位系统，利用基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪作为敏感元件，引入PDH解调技术，实现对声源的高精度、高分辨率探测；在此基础上通过三轴线式的布设，以及边带调制技术，以实现三轴线声源的同步、实时监测，进而完成声源的精确定位。本发明提供三维声源的实时检测与定位，充分发挥FBG-FP的谐振特性及高精密解调控制算法的优势，具备多维度、高精度、实时性、大动态范围以及高带宽等优点，具备较大的应用潜力。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位系统图。
图2为本发明中压控振荡器频带覆盖示意图。
图3为本发明中传感原理示意图。
实施方式
为了更加清楚的说明本发明是一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位的系统。下面对本发明的实施作详细的说明，本实施在以本发明技术方案为前提下进行的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括窄线宽光源模块(1)、高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)、PDH解调反馈控制模块(3)。其中，窄线宽光源模块(1)包含窄线宽激光器(101)、单边带调制器(102)、直波导调制器(103)、一分三耦合器(104)；高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)包含三个轴向参数一致的基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪，分别为x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)；以及三只与之对应的光纤环形器，分别为光纤环形器.1(204)、光纤环形器.2(205)、光纤环形器.3(206)；PDH解调反馈控制模块(3)包含PDH误差信号解调模块，即：光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)、光电探测器.3(303)、锁相放大模块(304)、函数发生器(305)；反馈控制模块，即FPGA(306)、PID.1(307)、PID.2(308)、PID.3(309)、压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)、射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)。
在窄线宽光源模块(1)中窄线宽种子源经过单边带调制提供三个不同边带频光信号，注入高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)，三个不同边带频光信号与三个轴向的声音敏感FBG-FP对应，光信号经过反射后注入PDH解调反馈控制模块(3)，根据获取的三个轴向的PDH误差信号对三个边带频的射频源进行反馈控制，当有声源信息时，三个轴向的反馈控制输出在时序及强度上存在差异，经过解算后实现三个轴向声源实时高精度监测。
窄线宽激光器(101)提供窄线宽种子光源，注入单边带调制器(102)中，由三个不同射频频段的压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)经过射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)后提供调制信号，实现三个边带频光信号，随后注入直波导调制器(103)中进行相位调制，经过一分三耦合器(104)分成等能量三束光，以传入x轴向的信号光为例，首先经过光纤环形器.1(204)注入x轴向FBG-FP.1(201)中，反射光再次经过光纤环形器.1(201)传入光电探测器.1中，光信号转换为电信号，经过锁相放大模块(304)解调获得x轴向的PDH误差信号，后续FPGA(306)根据x轴向的PDH误差信号零点位置、线性区斜率等参数确定PID.1(307)的参数并实现对压控振荡器.1(310)的反馈控制，使得x轴边带光始终锁定在x轴向FBG-FP.1(201)上，同理可通过光纤环形器.2(205)、y轴向FBG-FP.2(202)、光电探测器.2(302)、光纤环形器.3(206)、z轴向FBG-FP.3(203)、光电探测器.3(303)、锁相放大模块(304)获取y轴向的PDH误差信号及z轴向的PDH误差信号，通过FPGA(306)、PID.2(308)、PID.3(309)、压控振荡器.2(VCO.2)、压控振荡器.3(VCO.3)实现对y轴边带光、z轴边带光的锁定。
窄线宽激光器.1(101)的中心波长在x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)的高反区内；窄线宽激光器.1(101)提供定频激光信号输出。
单边带调制器(SSB)(102)对新光信号进行单边带调制，实现频域上的单向偏移；单边带调制器(102)的三个边带偏移的射频调制源由压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)经过射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)后提供。
直波导调制器(SPM)(103)对激光信号进行相位调制，其中调制信号由函数发生器(305)提供；直波导调制器(103)可由具备光相位调制的器件替代，例如相位调制器，Y波导等相位调制器件。
一分三耦合器(104)将经过单边带调制、相位调制后的光信号分成等能量的三束光信号。
x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)为布设在密闭空间的三个轴向参数一致的基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪，即两个一致的光纤布拉格光栅保持一定间距刻写在光纤上；x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)在布设时需要根据对应的压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)来施加预应力，保证在对应的压控振荡器的频带范围内仅有该FBG-FP有PDH误差信号产生，例如在压控振荡器.1(310)的频带范围内x轴向FBG-FP(201)的通路有PDH误差信号，而y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)无PDH误差信号(如图2所示)；x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)固定在声波增敏金属管中，然后布设于密闭空间内的三个轴向棱边；光纤环形器.1(204)、光纤环形器.2(205)、光纤环形器.3(206)将光信号注入x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)中，再将反射的光信号分别注入光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)、光电探测器.3(303)中。
光电探测器.1(301)实现对x轴向FBG-FP.1(201)中精细谐振峰的探测，光电探测器.2(302)实现对y轴向FBG-FP.2(202)中精细谐振峰的探测，光电探测器.3(303)实现对z轴向FBG-FP.3(202)中精细谐振峰的探测；锁相放大器模块(304)将函数发生器(305)提供的调制信号与光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)及光电探测器.3(303)采集的信号进行混频、滤波等信号处理过程，获得三个轴向的PDH误差信号。
如图3所示，FPGA(306)同时对锁相放大器模块(304)提供的三个轴向的PDH误差信号进行采集、零点识别及线性区斜率估算等信号处理过程，据此配置后续PID.1(307)、PID.2(308)及PID.3(309)的参数；PID.1(307)根据x轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.1(310)反馈锁定至x轴向的窄线宽谐振峰，PID.2(308)根据y轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.2(311)反馈锁定至y轴向的窄线宽谐振峰，PID.3(309)根据z轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.3(312)反馈锁定至z轴向的窄线宽谐振峰，PID.1(307)、PID.2(308)及PID.3(309)的控制带宽高于待测声频。当声源输出时，由于在监测区内，三个轴向的FBG-FP距离声源位置存在差异，各自通路输出的信号幅值及时序上存在差异，即利用TDOA(TimeDifference of Arrival)声源定位法确定出声源的位置及强度。

Claims (1)

1.一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位系统，包括窄线宽光源模块(1)、高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)、PDH解调反馈控制模块(3)；
所述窄线宽光源模块(1)包含窄线宽激光器(101)、单边带调制器(102)、直波导调制器(103)、一分三耦合器(104)；
所述高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)包含三个轴向参数一致的基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪，分别为x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)；以及三只与之对应的光纤环形器，分别为光纤环形器.1(204)、光纤环形器.2(205)、光纤环形器.3(206)；
所述PDH解调反馈控制模块(3)包含PDH误差信号解调模块，即：光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)、光电探测器.3(303)、锁相放大模块(304)、函数发生器(305)；反馈控制模块，即FPGA(306)、PID.1(307)、PID.2(308)、PID.3(309)、压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)、射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)；
所述窄线宽光源模块(1)中窄线宽种子源经过单边带调制提供三个不同边带频光信号，注入高精度三维声源光纤FBG-FP探头模块(2)，三个不同边带频光信号与三个轴向的声音敏感FBG-FP对应，光信号经过反射后注入PDH解调反馈控制模块(3)，根据获取的三个轴向的PDH误差信号对三个边带频的射频源进行反馈控制，当有声源信息时，三个轴向的反馈控制输出在时序及强度上存在差异，经过解算后实现三个轴向声源实时高精度监测；
所述窄线宽激光器(101)提供窄线宽种子光源，注入单边带调制器(102)中，由三个不同射频频段的压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)经过射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)后提供调制信号，实现三个边带频光信号，随后注入直波导调制器(103)中进行相位调制，经过一分三耦合器(104)分成等能量三束光，以传入x轴向的信号光为例，首先经过光纤环形器.1(204)注入x轴向FBG-FP.1(201)中，反射光再次经过光纤环形器.1(201)传入光电探测器.1中，光信号转换为电信号，经过锁相放大模块(304)解调获得x轴向的PDH误差信号，后续FPGA(306)根据x轴向的PDH误差信号零点位置、线性区斜率参数确定PID.1(307)的参数并实现对压控振荡器.1(310)的反馈控制，使得x轴边带光始终锁定在x轴向FBG-FP.1(201)上，同理通过光纤环形器.2(205)、y轴向FBG-FP.2(202)、光电探测器.2(302)、光纤环形器.3(206)、z轴向FBG-FP.3(203)、光电探测器.3(303)、锁相放大模块(304)获取y轴向的PDH误差信号及z轴向的PDH误差信号，通过FPGA(306)、PID.2(308)、PID.3(309)、压控振荡器.2(VCO.2)、压控振荡器.3(VCO.3)实现对y轴边带光、z轴边带光的锁定；
所述窄线宽激光器(101)的中心波长在x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)的高反区内；
所述窄线宽激光器(101)提供定频激光信号输出；
所述单边带调制器(102)对新光信号进行单边带调制，实现频域上的单向偏移；
所述单边带调制器(102)的三个边带偏移的射频调制源由压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)经过射频频率合成器(313)及射频带通滤波器(314)后提供；
所述直波导调制器(103)对激光信号进行相位调制，其中调制信号由函数发生器(305)提供；
所述直波导调制器(103)由具备光相位调制的器件替代；
所述一分三耦合器(104)将经过单边带调制、相位调制后的光信号分成等能量的三束光信号；
所述x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)的为布设在密闭空间的三个轴向参数一致的基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪，两个一致的光纤布拉格光栅保持一定间距刻写在光纤上；
所述x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)在布设时需要根据对应的压控振荡器.1(310)、压控振荡器.2(311)、压控振荡器.3(312)来施加预应力，保证在对应的压控振荡器的频带范围内仅有该FBG-FP有PDH误差信号产生；
所述x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)固定在声波增敏金属管中，然后布设于密闭空间内的三个轴向棱边；
所述光纤环形器.1(204)、光纤环形器.2(205)、光纤环形器.3(206)将光信号注入x轴向FBG-FP.1(201)、y轴向FBG-FP.2(202)、z轴向FBG-FP.3(203)中，再将反射的光信号分别注入光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)、光电探测器.3(303)中；
所述光电探测器.1(301)实现对x轴向FBG-FP.1(201)中精细谐振峰的探测，光电探测器.2(302)实现对y轴向FBG-FP.2(202)中精细谐振峰的探测，光电探测器.3(303)实现对z轴向FBG-FP.3(202)中精细谐振峰的探测；
所述锁相放大模块(304)将函数发生器(305)提供的调制信号与光电探测器.1(301)、光电探测器.2(302)及光电探测器.3(303)采集的信号进行混频、滤波等信号处理过程，获得三个轴向的PDH误差信号；
所述FPGA(306)同时对锁相放大模块(304)提供的三个轴向的PDH误差信号进行采集、零点识别及线性区斜率估算信号处理过程，据此配置后续PID.1(307)、PID.2(308)及PID.3(309)的参数；
所述PID.1(307)根据x轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.1(310)反馈锁定至x轴向的窄线宽谐振峰，PID.2(308)根据y轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.2(311)反馈锁定至y轴向的窄线宽谐振峰，PID.3(309)根据z轴向的PDH误差信号信息将压控振荡器.3(312)反馈锁定至z轴向的窄线宽谐振峰；
所述PID.1(307)、PID.2(308)及PID.3(309)的控制带宽高于待测声频；
所述一种基于PDH解调技术的高精度三维声源定位方案为当声源输出时，由于在监测区内，三个轴向的FBG-FP距离声源位置存在差异，各自通路输出的信号幅值及时序上存在差异，利用TDOA声源定位法确定出声源的位置及强度。
CN202111020401.XA 2021-09-01 2021-09-01 一种基于pdh解调技术的高精度三维声源定位系统 Active CN113702908B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111020401.XA CN113702908B (zh) 2021-09-01 2021-09-01 一种基于pdh解调技术的高精度三维声源定位系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111020401.XA CN113702908B (zh) 2021-09-01 2021-09-01 一种基于pdh解调技术的高精度三维声源定位系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113702908A CN113702908A (zh) 2021-11-26
CN113702908B true CN113702908B (zh) 2023-06-09

Family

ID=78658733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111020401.XA Active CN113702908B (zh) 2021-09-01 2021-09-01 一种基于pdh解调技术的高精度三维声源定位系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113702908B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114336261B (zh) * 2021-11-29 2024-01-23 北京无线电计量测试研究所 一种数字pdh误差解算模块和激光器系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020255358A1 (ja) * 2019-06-20 2020-12-24 日本電気株式会社 光ファイバセンシングシステム及び音源位置特定方法
CN112902861A (zh) * 2021-01-26 2021-06-04 哈尔滨工程大学 一种基于超大测量范围pdh传感的应变测量装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9587945B2 (en) * 2014-06-23 2017-03-07 Honeywell International Inc. Symmetric three-laser resonator fiber optic gyroscope

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020255358A1 (ja) * 2019-06-20 2020-12-24 日本電気株式会社 光ファイバセンシングシステム及び音源位置特定方法
CN112902861A (zh) * 2021-01-26 2021-06-04 哈尔滨工程大学 一种基于超大测量范围pdh传感的应变测量装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
面向地壳形变观测的超高分辨率光纤应变传感系统;何祖源;刘庆文;陈嘉庚;;物理学报(第07期);全文 *
高精度光纤光栅传感技术及其在地球物理勘探、地震观测和海洋领域中的应用;张文涛;黄稳柱;李芳;;光电工程(第09期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113702908A (zh) 2021-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107843189B (zh) 正弦相位调制干涉仪pgc解调实时归一化修正装置及方法
CN107389097B (zh) 光纤陀螺Sagnac光纤环本征频率跟踪测量方法
CN108051400B (zh) 一种扫描激光干涉型光纤声波锁相探测系统及方法
CN113702908B (zh) 一种基于pdh解调技术的高精度三维声源定位系统
CN111693988A (zh) 一种激光毫米波一体化测距测速雷达方法及装置
CN108873007B (zh) 一种抑制振动效应的调频连续波激光测距装置
CN111609798B (zh) 锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法
CN110865382A (zh) 一种动态光学频率梳的绝对距离测量装置及方法
US20230050363A1 (en) Collaborative Phase-Shift Laser Ranging Device Based on Differential Modulation and Demodulation of Coarse and Precise Measuring Wavelength and Ranging Method Thereof
CN100465595C (zh) 相位差测量装置及应用该装置的外差干涉测量系统
CN113654582B (zh) 一种利用少模fbg-fp同时测量应变和温度的方案
CN109541621B (zh) 一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法
CN108845333B (zh) 一种抑制振动效应的调频连续波激光测距方法
CN112797973A (zh) 一种提高光纤陀螺稳定性的装置及方法
CN111897274A (zh) 一种基于fpga的微弱信号检测装置及其方法
US3563664A (en) Method and apparatus for resolving transducer ambiguity
CN105241539A (zh) 用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪
Li et al. IFOG Based on Rhombic Optical Path Difference Bias Configuration for High-Frequency Angular Vibration Measurement
Kuznetsov Quadrature laser interferometry in the pulsed plasma diagnostic
CN111157098B (zh) 一种同时获取振动信号幅值和相位的解调装置
CN114696899B (zh) 基于多频外差原理和光载微波干涉的距离测量方法
CN102944232B (zh) 一种光纤陀螺调制电压的在线对准装置及在线对准方法
CN113671521B (zh) 一种粗精测尺差频调制与解调的相位激光测距装置及方法
CN111750988A (zh) 一种弹光调制型光谱仪的触发采样装置及方法
Liu et al. Optical-carried microwave interferometric ranging method based on frequency-scanning phase

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant