CN115022140B - 消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置 - Google Patents

消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115022140B
CN115022140B CN202210596455.9A CN202210596455A CN115022140B CN 115022140 B CN115022140 B CN 115022140B CN 202210596455 A CN202210596455 A CN 202210596455A CN 115022140 B CN115022140 B CN 115022140B
Authority
CN
China
Prior art keywords
output end
phase delay
signal
input end
carrier phase
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
CN202210596455.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115022140A (zh
Inventor
乔学光
马腾
高宏
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.)
Xian Shiyou University
Original Assignee
Xian Shiyou 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 Xian Shiyou University filed Critical Xian Shiyou University
Priority to CN202210596455.9A priority Critical patent/CN115022140B/zh
Publication of CN115022140A publication Critical patent/CN115022140A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115022140B publication Critical patent/CN115022140B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/20—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation
    • H04B10/556—Digital modulation, e.g. differential phase shift keying [DPSK] or frequency shift keying [FSK]
    • H04B10/5561—Digital phase modulation
    • 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

消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置，直流滤波模块将初始被测干涉信号中的直流分量滤除后得到去直流干涉信号，并将去直流干涉信号分为四路进入四路混频滤波模块，四路混频滤波模块的输出端连接载波相位延迟消除模块，对四路去直流干涉信号进行混频并滤除高频分量，载波相位延迟消除模块输出端接调制深度影响消除模块，消除解调信号中的载波相位延迟，调制深度影响消除模块的输出端接高通滤波模块，消除调制深度对解调结果的影响，高通滤波模块滤除解调信号中的低频噪声信号。本发明消除了贝塞尔函数项、载波相位延迟以及调制深度的影响，提高了相位测量精度，总谐波失真低，动态范围大。

Description

消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置
技术领域
本发明属于信号解调技术领域，具体涉及到一种相位生成载波的解调方法及装置。
背景技术
相位生成载波(PGC)解调技术具有灵敏度高、动态范围大和信号保真度强等诸多优点，因此被广泛应用于干涉型光纤传感器、水听器、正弦相位调制干涉仪等中。相位生成载波解调技术主要包括反正切(PGC-Artan)算法和微分交叉相乘(PGC-DCM)算法。其中，反正切算法将两路经过混频后通过低通滤波器的正交分量相除得到正切值，再做反正切运算以还原待测信号。这种方法可以消除光强扰动带来的影响，但无法消除载波相位延迟和调制深度带来的影响，且其只能在
Figure BDA0003668146540000011
区间内工作，在区间边界会产生跳变，导致区间外的信号难以解调。而微分交叉相乘算法是将两路经过混频后通过低通滤波器的正交分量各自微分后与另一路的未经微分值相乘然后差分再积分以获得解调结果。这种方法虽无工作区间的限制，但无法消除光强扰动、载波相位延迟和调制深度带来的影响，且这两种算法中调制深度的波动都对解调结果有着很大的影响。所以，消除相位解调技术中载波相位延迟和调制深度造成的影响是需要解决的关键技术问题。
目前已有的改进算法大都无法消除载波相位延迟和调制深度带来的影响，少部分可以解决其中的一个问题，而且基本是对反正切算法的改进，鲜有能同时解决两个问题的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术在于克服现有技术的缺点，提供一种减少运算内存、消除贝塞尔函数项以及载波相位延迟和调制深度对解调结果影响的消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法接装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法，由以下步骤组成：
S1.将初始被测干涉信号滤掉直流分量得到去直流干涉信号I(t)
Figure BDA0003668146540000021
/>
式中，B为初始被测干涉信号的幅值，C为调制深度，J0(C)为0阶第一类贝塞尔函数，J2k(C)为偶数阶第一类贝塞尔函数，J2k+1(C)为奇数阶第一类贝塞尔函数，k为阶数，ωc为正弦相位调制信号的角频率，t为时间，
Figure BDA0003668146540000022
为t时刻的待测相位，θ为载波相位延迟；
S2.将去直流干涉信号I(t)分为四路后分别与一路正弦高频信号和三路倍频参考信号相乘，然后通过低通滤波操作得到四路关于t时刻的待测相位
Figure BDA0003668146540000023
的正交信号，分别为第一正交信号L1、第二正交信号L2、第三正交信号L3和第四正交信号L4；
Figure BDA0003668146540000031
Figure BDA0003668146540000032
Figure BDA0003668146540000033
Figure BDA0003668146540000034
式中，J1(C)为一阶贝塞尔函数，J2(C)为二阶贝塞尔函数，J3(C)为三阶贝塞尔函数；
S3.通过第一正交信号L1和第二正交信号L2相除后得到载波相位延迟的正切值tanθ，进而通过下式(6)得到二倍载波相位延迟的余弦值cos 2θ，通过下式(7)得到载波相位延迟的余弦值cosθ以及通过下式(8)得到三倍载波相位延迟的余弦值cos 3θ，
Figure BDA0003668146540000035
Figure BDA0003668146540000036
cos 3θ＝4cos3θ-3cosθ (8)
S4.消除载波相位延迟
第二正交信号L2、第三正交信号L3、第三正交信号L4分别和载波相位延迟的余弦值cosθ、二倍载波相位延迟的余弦值cos 2θ、三倍载波相位延迟的余弦值cos 3θ相除，得到第二无载波相位延迟信号D2、第三无载波相位延迟信号D3和第四无载波相位延迟信号D4；
Figure BDA0003668146540000037
Figure BDA0003668146540000038
Figure BDA0003668146540000039
S5.消除贝塞尔函数项
对第二无载波相位延迟信号D2和第四无载波相位延迟信号D4进行差分操作，得到含贝塞尔函数项信号T，用含贝塞尔函数项信号T对时间t微分后再与第三无载波相位延迟信号D3相除得到不含贝塞尔函数项信号Z
Figure BDA0003668146540000041
S6.将不含贝塞尔函数项信号Z与常数
Figure BDA0003668146540000042
相乘进行补偿调制深度，再进行积分操作，最后滤除低频噪声得到待测相位/>
Figure BDA0003668146540000043
作为一种优选的技术方案，所述步骤S3中载波相位延迟的正弦值sinθ、二倍载波相位延迟的余弦值cos 2θ、载波相位延迟的余弦值cosθ以及三倍载波相位延迟的余弦值cos 3θ为0时，对载波信号施加一个1°～4°的相位偏移量。
本发明的一种消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的装置，包括：直流滤波模块、四路混频滤波模块、载波相位延迟消除模块、调制深度影响消除模块、高通滤波模块；
所述直流滤波模块输出端接四路混频滤波模块，用于将初始被测干涉信号中的直流分量滤除后得到去直流干涉信号，并将去直流干涉信号分为四路进入四路混频滤波模块；
所述四路混频滤波模块的输出端连接载波相位延迟消除模块，用于对四路去直流干涉信号进行混频并滤除高频分量；
所述载波相位延迟消除模块输出端接调制深度影响消除模块，用于消除解调信号中的载波相位延迟；
所述调制深度影响消除模块的输出端接高通滤波模块，用于消除调制深度对解调结果的影响；
所述高通滤波模块，用于滤除解调信号中的低频噪声信号。
作为一种优选的技术方案，所述四路混频滤波模块包括第一乘法器～第四乘法器、数字频率合成器、第一低通滤波器～第四低通滤波器；
第一乘法器～第四乘法器的输入端I并接直流滤波模块的输出端、输入端Ⅱ分别接数字频率合成器的正弦高频信号输出端、一倍频参考信号输出端、二倍频参考信号输出端、三倍频参考信号输出端；
第一乘法器的输出端接第一低通滤波器的输入端，第二乘法器的输出端接第二低通滤波器的输入端，第三乘法器的输出端接第三低通滤波器的输入端，第四乘法器的输出端接第四低通滤波器的输入端，第一低通滤波器～第四低通滤波器的输出端接载波相位延迟消除模块。
作为一种优选的技术方案，所述载波相位延迟消除模块包括：第五乘法器～第七乘法器、第一除法器～第六除法器、第一平方器、第二平方器、第一反相器、第一数值+1器～第三数值+1器、第一开方器、第一差分器、第一常数单元、第二常数单元、第三常数单元；
第一除法器的输入端接第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端、输出端接第一平方器的输入端，第一平方器的输出端接第一反向器和第一数值+1器的输入端，第一反向器的输出端接第二数值+1器的输入端，第一数值+1器和第二数值+1器的输出端分别接第五除法器的输入端I和输入端Ⅱ；
第五除法器的输出端接第三数值+1器的输入端，第三数值+1器的输出端和第一常数单元的输出端分别接第六除法器的输入端I和输入端Ⅱ，第六除法器的输出端接第一开方器的输入端；
第一开方器的输出端接第二平方器的输入端和第五乘法器的输入端I，第五乘法器的输入端Ⅱ接第二开方器的输出端，第五乘法器的输出端和第二常数单元分别接第六乘法器的输入端I和输入端Ⅱ，第六乘法器的输出端接第一差分器的输入端I，第一开方器的输出端和第三常数单元分别接第七乘法器的输入端I和输入端Ⅱ，第七乘法器的输出端接第一差分器的输入端Ⅱ；
第二除法器的输入端I和输入端Ⅱ分别接第二低通滤波器和第一开方器的输出端；
第三除法器的输入端I和输入端Ⅱ分别接第三低通滤波器的输出端和第五除法器的输出端；
第四除法器的输入端I和输入端Ⅱ分别接第四低通滤波器的输出端和第一差分器的输出端。
作为一种优选的技术方案，所述调制深度影响消除模块包括：第八乘法器、第七除法器、第二差分器、第一积分器、第一微分器，第四常数单元；
第二差分器的输入端I和输入端Ⅱ分别接第二除法器的输出端和第四除法器的输出端，第二差分器的输出端接第一微分器的输入端；第一微分器的输出端和第三除法器的输出端分别接第七除法器的输入端I和输入端Ⅱ；
第七除法器的输出端和第四常数单元分别接第八乘法器的输入端I和输入端Ⅱ，第八乘法器的输出端接第一积分器的输入端，第一积分器的输出端接高通滤波模块。
本发明的有益效果如下：
本发明通过运用四路运算，引入一路正弦高频信号以及三路载波信号的倍频信号，这样可以将干涉信号的频带搬移到高频频带，并在载波信号的高次谐波分量上载有被测干涉信号的频谱，从而使信号在通过低通滤波器后将无用的高次谐波分量全部滤除，此外通过一定的数学运算，消除了载波相位延迟，并以三路谐波幅值信号及其微分所得的谐波微分信号来提取出调制深度，再从干涉信号中标定调制深度的大小，将其补偿到最终运算结果中。
本发明运用四路运算从干涉信号中解调出待测信号，消除贝塞尔函数项、载波相位延迟以及调制深度的影响，提高了相位测量精度，总谐波失真低，动态范围大，可广泛应用于干涉型光纤传感器，测量油气井下振动等领域。
附图说明
图1是本发明消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度方法的流程图。
图2是本发明消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的装置的结构示意图。
图3是为待测信号为100Hz且仿真振动信号为30kHz时解调结果示意图。
图4为调制深度不敏感的仿真实验数据结果示意图。
图5为载波相位延迟为20°时的仿真实验数据结果示意图。
图6为载波相位延迟为50°时的仿真实验数据结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。
实施例1
在图1中本实施例的消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法，由以下步骤组成：
S1.将初始被测干涉信号滤掉直流分量得到去直流干涉信号I(t)
Figure BDA0003668146540000081
式中，B为初始被测干涉信号的幅值，C为调制深度，J0(C)为0阶第一类贝塞尔函数，J2k(C)为偶数阶第一类贝塞尔函数，J2k+1(C)为奇数阶第一类贝塞尔函数，k为阶数，ωc为正弦相位调制信号的角频率，t为时间，
Figure BDA0003668146540000082
为t时刻的待测相位，θ为载波相位延迟；
S2.将去直流干涉信号I(t)分为四路后分别与一路正弦高频信号和三路倍频参考信号相乘，然后通过低通滤波操作得到四路关于t时刻的待测相位
Figure BDA0003668146540000083
的正交信号，分别为第一正交信号L1、第二正交信号L2、第三正交信号L3和第四正交信号L4；
Figure BDA0003668146540000084
Figure BDA0003668146540000085
Figure BDA0003668146540000086
Figure BDA0003668146540000087
式中，J1(C)为一阶贝塞尔函数，J2(C)为二阶贝塞尔函数，J3(C)为三阶贝塞尔函数；
S3.通过第一正交信号L1和第二正交信号L2相除后得到载波相位延迟的正切值tanθ，进而通过下式(6)得到二倍载波相位延迟的余弦值cos 2θ，通过下式(7)得到载波相位延迟的余弦值cosθ以及通过下式(8)得到三倍载波相位延迟的余弦值cos 3θ，
Figure BDA0003668146540000088
Figure BDA0003668146540000089
cos 3θ＝4cos3θ-3cosθ (8)
上述载波相位延迟的正弦值sinθ、二倍载波相位延迟的余弦值cos 2θ、载波相位延迟的余弦值cosθ以及三倍载波相位延迟的余弦值cos 3θ为0时，对载波信号施加一个1°～4°的相位偏移量；
S4.消除载波相位延迟
第二正交信号L2、第三正交信号L3、第三正交信号L4分别和一倍载波相位延迟的余弦值cosθ、二倍载波相位延迟的余弦值cos 2θ、三倍载波相位延迟的余弦值cos 3θ相除，得到第二无载波相位延迟信号D2、第三无载波相位延迟信号D3和第四无载波相位延迟信号D4；
Figure BDA0003668146540000091
Figure BDA0003668146540000092
Figure BDA0003668146540000093
/>
S5.消除贝塞尔函数项
对第二无载波相位延迟信号D2和第四无载波相位延迟信号D4进行差分操作，得到含贝塞尔函数项的信号T，用含贝塞尔函数项的信号T对时间t微分后再与第三无载波相位延迟信号D3相除得到不含贝塞尔函数项信号Z
Figure BDA0003668146540000094
S6.将不含贝塞尔函数项信号Z与常数
Figure BDA0003668146540000095
相乘进行补偿调制深度，再进行积分操作，最后滤除低频噪声得到待测相位/>
Figure BDA0003668146540000096
在图2中，本实施例消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的装置由直流滤波模块、四路混频滤波模块、载波相位延迟消除模块、调制深度影响消除模块、高通滤波模块连接构成，直流滤波模块输出端接四路混频滤波模块，用于将初始被测干涉信号中的直流分量滤除后得到去直流干涉信号，并将去直流干涉信号分为四路进入四路混频滤波模块，四路混频滤波模块的输出端连接载波相位延迟消除模块，用于对四路去直流干涉信号进行混频并滤除高频分量，载波相位延迟消除模块输出端接调制深度影响消除模块，用于消除解调信号中的载波相位延迟，调制深度影响消除模块的输出端接高通滤波模块，用于消除调制深度对解调结果的影响，高通滤波模块，用于滤除解调信号中的低频噪声信号。
本实施例的四路混频滤波模块由第一乘法器～第四乘法器、数字频率合成器、第一低通滤波器～第四低通滤波器连接构成；第一乘法器～第四乘法器的输入端I并接直流滤波模块的输出端、输入端Ⅱ分别接数字频率合成器的正弦高频信号输出端、一倍频参考信号输出端、二倍频参考信号输出端、三倍频参考信号输出端；第一乘法器的输出端接第一低通滤波器的输入端，第二乘法器的输出端接第二低通滤波器的输入端，第三乘法器的输出端接第三低通滤波器的输入端，第四乘法器的输出端接第四低通滤波器的输入端，第一低通滤波器～第四低通滤波器的输出端接载波相位延迟消除模块。四路混频滤波模块将四路去直流干涉信号的频带搬移到高频频带，并在载波信号的高次谐波分量上载有被测干涉信号的频谱，从而使信号在通过低通滤波器后将无用的高次谐波分量全部滤除。
本实施例的载波相位延迟消除模块由第五乘法器～第七乘法器、第一除法器～第六除法器、第一平方器、第二平方器、第一反相器、第一数值+1器～第三数值+1器、第一开方器、第一差分器、第一常数单元、第二常数单元、第三常数单元连接构成。
第一除法器的输入端I接第一低通滤波器、输入端Ⅱ接第二低通滤波器的输出端，通过第一除法器将第一低通滤波器输出的信号与第二低通滤波器输出的信号相除得到载波相位延迟的正切值tanθ；
第一除法器的输出端接第一平方器的输入端，第一平方器的输出端接第一反向器和第一数值+1器的输入端，第一反向器的输出端接第二数值+1器的输入端，第一数值+1器和第二数值+1器的输出端分别接第五除法器的输入端I和输入端Ⅱ，通过三角函数得到二倍载波相位延迟的余弦值cos 2θ；
第五除法器的输出端接第三数值+1器的输入端，第三数值+1器的输出端和第一常数单元的输出端分别接第六除法器的输入端I和输入端Ⅱ，第一常数单元的输出的常数为2，第六除法器的输出端接第一开方器的输入端，通过三角函数得到一倍载波相位延迟的余弦值cosθ；
第一开方器的输出端接第二平方器的输入端和第五乘法器的输入端I，第五乘法器的输入端Ⅱ接第二开方器的输出端，第五乘法器的输出端和第二常数单元分别接第六乘法器的输入端I和输入端Ⅱ，第二常数单元的输出的常数为4，第六乘法器的输出端接第一差分器的输入端I，第一开方器的输出端和第三常数单元分别接第七乘法器的输入端I和输入端Ⅱ，第三常数单元的输出的常数为3，第七乘法器的输出端接第一差分器的输入端Ⅱ，通过三角函数得到三倍载波相位延迟的余弦值cos 3θ；
第二除法器的输入端I和输入端Ⅱ分别接第二低通滤波器和第一开方器的输出端，通过第二除法器使第二低通滤波器输出的信号与一倍载波相位延迟的余弦值cosθ相除，消除了该信号的载波相位延迟；
第三除法器的输入端I和输入端Ⅱ分别接第三低通滤波器的输出端和第五除法器的输出端，通过第三除法器使第三低通滤波器输出的信号与二倍载波相位延迟的余弦值cos2θ相除，消除了该信号的载波相位延迟；
第四除法器的输入端I和输入端Ⅱ分别接第四低通滤波器的输出端和第一差分器的输出端，通过第四除法器使第四低通滤波器输出的信号与三倍载波相位延迟的余弦值cos3θ相除，消除了该信号的载波相位延迟。
本实施例的调制深度影响消除模块由第八乘法器、第七除法器、第二差分器、第一积分器、第一微分器，第四常数单元连接构成；
第二差分器的输入端I和输入端Ⅱ分别接第二除法器的输出端和第四除法器的输出端，第二差分器用于将第二除法器和第四除法器输出的信号差分得到含贝塞尔函数项信号T，第二差分器的输出端接第一微分器的输入端，第一微分器用于含贝塞尔函数项信号T对时间t微分，第一微分器的输出端和第三除法器的输出端分别接第七除法器的输入端I和输入端Ⅱ，第七除法器使第一微分器输出的信号与第三除法器输出的信号相除，便消除了贝塞尔函数项，得到不含贝塞尔函数项信号Z；
第七除法器的输出端和第四常数单元分别接第八乘法器的输入端I和输入端Ⅱ，第四常数单元输出的常数为C/4，第八乘法器将不含贝塞尔函数项信号Z与常数C/4相乘，便可补偿调制深度，第八乘法器的输出端接第一积分器的输入端，第一积分器的输出端接高通滤波模块，第一积分器用于对第八乘法器输出的信号进行积分操作，最后通过高通滤波模块滤除低频噪声得到待测相位。
为了验证本发明的有益效果，发明人用实施例1的消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置做如下试验：
试验1
将初始干涉信号中的待测信号与载波信号的初相都设置为90°，待测信号幅值设置为1rad,频率设置为100Hz，载波调制信号频率设置为20kHz,采样率设置为200kHz,解调结果和待测信号对比如图3所示，由图3可看出本发明的消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置的解调结果能还原出待测信号。
试验2
将待测信号与载波信号的初相都设置为90°，待测信号幅值设置为1rad,频率设置为100Hz，载波调制信号频率设置为20kHz,采样率设置为200kHz,通过设置仿真调制信号的幅值C，令C在1rad～4rad内以0.1rad为步长变化，每改变一个值记录对应的解调相位幅值，从而得到解调相位幅值随调制深度C的变化情况如图4所示，可看出本发明消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置对调制深度C的变化不敏感。
试验3
将待测信号与载波信号的初相都设置为90°，待测信号幅值设置为1rad,频率设置为100Hz，载波调制信号频率设置为20kHz,采样率设置为200kHz,令载波相位延迟为20°，得到改进算法解调结果和待测信号的对比如图5所示，由图5可看出本发明消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置的解调结果能还原出待测信号。
试验4
在与试验3参数设置相同的情况下，令载波相位延迟变为50°，得到本发明消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置的解调结果与试验3中所得解调结果的对比如图6所示，由图6可看出此情况下本发明消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置的解调结果与试验3的解调结果基本相同。结合图5及图6所得，可以证明改进算法不受载波相位延迟的影响。
由试验1～4可见，本发明消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置解决了C值必须取特殊值的要求，对调制深度不敏感，且不受载波相位延迟的影响，不受贝塞尔函数项的干扰，可有效提高相位解调精度。

Claims (6)

1.一种消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
S1.将初始被测干涉信号滤掉直流分量得到去直流干涉信号I(t)
Figure QLYQS_1
式中，B为初始被测干涉信号的幅值，C为调制深度，J0(C)为0阶第一类贝塞尔函数，J2k(C)为偶数阶第一类贝塞尔函数，J2k+1(C)为奇数阶第一类贝塞尔函数，k为阶数，ωc为正弦相位调制信号的角频率，t为时间，
Figure QLYQS_2
为t时刻的待测相位，θ为载波相位延迟；
S2.将去直流干涉信号I(t)分为四路后分别与一路正弦高频信号和三路倍频参考信号相乘，然后通过低通滤波操作得到四路关于t时刻的待测相位
Figure QLYQS_3
的正交信号，分别为第一正交信号L1、第二正交信号L2、第三正交信号L3和第四正交信号L4；
Figure QLYQS_4
Figure QLYQS_5
Figure QLYQS_6
Figure QLYQS_7
式中，J1(C)为一阶贝塞尔函数，J2(C)为二阶贝塞尔函数，J3(C)为三阶贝塞尔函数；
S3.通过第一正交信号L1和第二正交信号L2相除后得到载波相位延迟的正切值tanθ，进而通过下式(6)得到二倍载波相位延迟的余弦值cos2θ，通过下式(7)得到载波相位延迟的余弦值cosθ以及通过下式(8)得到三倍载波相位延迟的余弦值cos3θ，
Figure QLYQS_8
Figure QLYQS_9
cos3θ＝4cos3θ-3cosθ (8)
S4.消除载波相位延迟
第二正交信号L2、第三正交信号L3、第三正交信号L4分别和载波相位延迟的余弦值cosθ、二倍载波相位延迟的余弦值cos2θ、三倍载波相位延迟的余弦值cos3θ相除，得到第二无载波相位延迟信号D2、第三无载波相位延迟信号D3和第四无载波相位延迟信号D4；
Figure QLYQS_10
Figure QLYQS_11
Figure QLYQS_12
/>
S5.消除贝塞尔函数项
对第二无载波相位延迟信号D2和第四无载波相位延迟信号D4进行差分操作，得到含贝塞尔函数项信号T，用含贝塞尔函数项信号T对时间t微分后再与第三无载波相位延迟信号D3相除得到不含贝塞尔函数项信号Z
Figure QLYQS_13
S6.将不含贝塞尔函数项信号Z与常数
Figure QLYQS_14
相乘进行补偿调制深度，再进行积分操作，最后滤除低频噪声得到待测相位/>
Figure QLYQS_15
2.根据权利要求1所述消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法，其特征在于，所述步骤S3中载波相位延迟的正弦值sinθ、二倍载波相位延迟的余弦值cos2θ、载波相位延迟的余弦值cosθ以及三倍载波相位延迟的余弦值cos3θ为0时，对载波信号施加一个1°～4°的相位偏移量。
3.实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括：直流滤波模块、四路混频滤波模块、载波相位延迟消除模块、调制深度影响消除模块、高通滤波模块；
所述直流滤波模块输出端接四路混频滤波模块，用于将初始被测干涉信号中的直流分量滤除后得到去直流干涉信号，并将去直流干涉信号分为四路进入四路混频滤波模块；
所述四路混频滤波模块的输出端连接载波相位延迟消除模块，用于对四路去直流干涉信号进行混频并滤除高频分量；
所述载波相位延迟消除模块输出端接调制深度影响消除模块，用于消除解调信号中的载波相位延迟；
所述调制深度影响消除模块的输出端接高通滤波模块，用于消除调制深度对解调结果的影响；
所述高通滤波模块，用于滤除解调信号中的低频噪声信号。
4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述四路混频滤波模块包括第一乘法器～第四乘法器、数字频率合成器、第一低通滤波器～第四低通滤波器；
第一乘法器～第四乘法器的输入端I并接直流滤波模块的输出端、输入端II分别接数字频率合成器的正弦高频信号输出端、一倍频参考信号输出端、二倍频参考信号输出端、三倍频参考信号输出端；
第一乘法器的输出端接第一低通滤波器的输入端，第二乘法器的输出端接第二低通滤波器的输入端，第三乘法器的输出端接第三低通滤波器的输入端，第四乘法器的输出端接第四低通滤波器的输入端，第一低通滤波器～第四低通滤波器的输出端接载波相位延迟消除模块。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述载波相位延迟消除模块包括：第五乘法器～第七乘法器、第一除法器～第六除法器、第一平方器、第二平方器、第一反相器、第一数值+1器～第三数值+1器、第一开方器、第一差分器、第一常数单元、第二常数单元、第三常数单元；
第一除法器4-1的输入端接第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端、输出端接第一平方器的输入端，第一平方器的输出端接第一反向器和第一数值+1器的输入端，第一反向器的输出端接第二数值+1器的输入端，第一数值+1器和第二数值+1器的输出端分别接第五除法器的输入端I和输入端II；
第五除法器的输出端接第三数值+1器的输入端，第三数值+1器的输出端和第一常数单元的输出端分别接第六除法器的输入端I和输入端II，第六除法器的输出端接第一开方器的输入端；
第一开方器的输出端接第二平方器的输入端和第五乘法器的输入端I，第五乘法器的输入端II接第二开方器的输出端，第五乘法器的输出端和第二常数单元分别接第六乘法器的输入端I和输入端II，第六乘法器的输出端接第一差分器的输入端I，第一开方器的输出端和第三常数单元分别接第七乘法器的输入端I和输入端II，第七乘法器的输出端接第一差分器的输入端II；
第二除法器的输入端I和输入端II分别接第二低通滤波器和第一开方器的输出端；
第三除法器的输入端I和输入端II分别接第三低通滤波器的输出端和第五除法器的输出端；
第四除法器的输入端I和输入端II分别接第四低通滤波器的输出端和第一差分器的输出端。
6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述调制深度影响消除模块包括：第八乘法器、第七除法器、第二差分器、第一积分器、第一微分器，第四常数单元；
第二差分器的输入端I和输入端II分别接第二除法器的输出端和第四除法器的输出端，第二差分器的输出端接第一微分器的输入端；第一微分器的输出端和第三除法器的输出端分别接第七除法器的输入端I和输入端II；
第七除法器的输出端和第四常数单元分别接第八乘法器的输入端I和输入端II，第八乘法器的输出端接第一积分器的输入端，第一积分器的输出端接高通滤波模块。
CN202210596455.9A 2022-05-30 2022-05-30 消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置 Active CN115022140B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210596455.9A CN115022140B (zh) 2022-05-30 2022-05-30 消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210596455.9A CN115022140B (zh) 2022-05-30 2022-05-30 消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115022140A CN115022140A (zh) 2022-09-06
CN115022140B true CN115022140B (zh) 2023-05-23

Family

ID=83071823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210596455.9A Active CN115022140B (zh) 2022-05-30 2022-05-30 消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115022140B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111609792A (zh) * 2020-05-12 2020-09-01 浙江理工大学 一种pgc相位解调法中相位延迟补偿方法
WO2020244176A1 (zh) * 2019-06-06 2020-12-10 浙江理工大学 动态偏频锁定式正弦频率扫描干涉绝对测距装置和方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020244176A1 (zh) * 2019-06-06 2020-12-10 浙江理工大学 动态偏频锁定式正弦频率扫描干涉绝对测距装置和方法
CN111609792A (zh) * 2020-05-12 2020-09-01 浙江理工大学 一种pgc相位解调法中相位延迟补偿方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A PGC-DCDMdemodulation scheme insensitive to phasemodulation depth and carrier phase delay in an EOM-based SPMinterferometer;Shihua Zhang、等;《Optics communication 》;全文 *
消除光强扰动和调制深度影响的相位解调算法;李阳桃子、等;《光传感》;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115022140A (zh) 2022-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110411486B (zh) 对相位延迟和调制深度不敏感的pgc-dcdm解调方法
CN111609792B (zh) 一种pgc相位解调法中相位延迟补偿方法
CN106850076B (zh) 一种采用模拟前端的数字相位生成载波解调方法
CN105486225B (zh) 一种抑制光强波动噪声的相位解调装置及解调方法
CN105486331B (zh) 一种具有高精度的光学信号相位解调系统及解调方法
TWI538408B (zh) 使用週期性重置積分之角度解調變裝置及其方法
CN115834312B (zh) 基于PGC-Arctan消除载波相位延迟且补偿调制深度的解调方法及装置
CN102435186B (zh) 一种光纤陀螺的数字信号处理方法、装置及光纤陀螺仪
CN106291105B (zh) 一种基于数字零中频的扫频仪
CN102032867B (zh) 测量双转子电机两转子相对转角和转速的方法及其传感器
CN115022140B (zh) 消除相位解调载波相位延迟且补偿调制深度的方法及装置
CN111609791B (zh) 一种pgc相位解调法中调制深度的提取与补偿方法
CN110161310B (zh) 一种基于差频调制锁相的微弱信号检测方法
CN111766451A (zh) 一种高精度电容参数测试的系统及方法
CN102323481B (zh) 非稳定谐波及间谐波测量仪
CN108632194B (zh) 用于外差干涉测振系统的信号解调装置和方法
CN114062312B (zh) 一种tdlas气体检测中的锁相放大方法和系统
CN113834561B (zh) 一种pgc相位解调中提取及补偿相位调制深度的系统及方法
Neukirch et al. Nonstationary time series convolution: On the relation between the Hilbert–Huang and Fourier transform
KR100706218B1 (ko) 위상 측정 장치, 방법 및 기록 매체
CN111579047A (zh) 一种光纤矢量水听器的信号解调方法
CN113630232B (zh) 一种多频混合外差式干涉信号同步分离与同步测相系统及方法
CN111337061A (zh) 一种消除扰动的相位生成载波解调方法
CN117309013A (zh) 一种干涉式光纤传感器的解调方法及系统
JP3407413B2 (ja) エンコーダのオフセット補正方法

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