CN118032111A - 基于伪干涉仪法的pgc解调系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种基于伪干涉仪法的PGC解调系统和方法，声光调制器对应陶瓷环设置，而输出双脉冲光信号；信号发生板对应陶瓷环和声光调制器设置，信号发生板用于在陶瓷环上加载脉冲正弦调制信号，信号发生板还用于在声光调制器上加载双脉冲信号调制；光电探测器对应待测光纤水听器阵，光电探测器用于将待测光纤水听器阵输出的干涉脉冲序列组转换为电信号；本发明提供的基于伪干涉仪法的PGC解调系统和方法，为适应不同时延差的光纤水听器阵列声信号测试，可以通过调整双脉冲光信号之间的延迟实现。基于伪干涉仪法，利用双脉冲信号+PAM信号代替延迟干涉仪进行PGC解调，适应不同时延的光纤水听器阵列信号在线测试，系统结构简单、可靠性强。

Description

基于伪干涉仪法的PGC解调系统和方法

技术领域

本发明涉及光纤水听器时分阵列调解领域，特别涉及一种基于伪干涉仪法的PGC解调系统和方法。

背景技术

光纤水听器具有噪声低、动态范围大、稳定性好、可靠性高、抗电磁干扰、易于组成大规模阵列等优点，被广泛应用于各个领域。其中时分复用技术是光纤水听器阵列一种高效且易于实现的复用方式。

在光纤水听器时分阵列制作完成后，需要对光纤水听器阵列中各水听器在线信号(灵敏度)进行测试，常规PGC(相位生成载波)解调系统如图1所示，首先由激光光源输出连续光，经声光调制器调制成脉冲光后进入延时干涉仪，同时调制干涉仪一臂加载波信号，输出的双脉冲信号进入待测光纤水听器阵，随后待测光纤水听器阵返回干涉的光脉冲信号进入信号解调系统解调出声信号。但在线测试时经常存在解调系统延时干涉仪的延时与待测光纤水听器阵延时不匹配的问题。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种基于伪干涉仪法的PGC解调系统和方法，旨在解决在线测试时经常存在解调系统延时干涉仪的延时与待测光纤水听器阵延时不匹配的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于伪干涉仪法的PGC解调系统，用于解调待测光纤水听器阵，包括：

激光光源，用于输出特定波长的连续光信号；

陶瓷环，对应所述激光光源设置；

声光调制器，对应所述陶瓷环设置，而输出双脉冲光信号；

信号发生板，对应所述陶瓷环和所述声光调制器设置，所述信号发生板用于在陶瓷环上加载脉冲正弦调制信号，所述信号发生板还用于在声光调制器上加载双脉冲信号调制；

光电探测器，对应待测光纤水听器阵，所述光电探测器用于将待测光纤水听器阵输出的干涉脉冲序列组转换为电信号；

信号解调系统，对应光电探测器设置，接收光电探测器输出的电信号，并进行解调。

进一步的，所述基于伪干涉仪法的PGC解调系统还包括隔离器；

所述隔离器设置于所述激光光源与所述陶瓷环之间用于避免回波影响。

本发明还提供了一种基于伪干涉仪法的PGC解调方法，应用于上述的基于伪干涉仪法的PGC解调系统，包括：

S1、激光光源产生特定波长的连续光信号经由陶瓷环输出幅度调整光信号，其中，信号发生板在陶瓷环加载脉冲正弦调制信号；

S2、声光调制器接收幅度调整光信号后输出双脉冲光信号，双脉冲光信号的第一个光脉冲上不携带调制信号在第二个脉冲上携带调制信号，其中，信号发生板给声光调制器施加加载双脉冲信号调制：

S3、光电探测器接收待测光纤水听器阵输出的干涉脉冲序列组后转换为电信号；

S4、信号解调系统接收电信号进行解调运算后，输出信号。

进一步地，所述S1的步骤中：

信号发生板在陶瓷环加载脉冲正弦调制信号为：

sig_pulse(t)＝sig(t)*pulse(t)

其中，sig(t)为正弦信号数学表达式为：

sig(t)＝Acos(2pi*fk*t)

其中，A代表信号幅值，fk为信号频率，t为采集时刻；

其中，pulse(t)为脉冲信号，

其中，t0表示脉冲宽度，T表示脉冲周期，n表示第n个脉冲。

进一步地，所述S2的步骤中：

信号发生板给声光调制器施加双脉冲调制信号为：

其中，为双脉冲信号间的间隔，由待测光纤水听器阵的时延间隔所决定。

进一步地，所述S2的步骤中，

信号发生板控制脉冲正弦调制信号与双脉冲信号调制的延迟，使得双脉冲光信号输出的第一个光脉冲信号上不携带调制信号，在第二个脉冲信号上携带调制信号。

进一步地，所述S2的步骤中，

通过调解双脉冲光信号之间的延迟实现适应不同时延差的待测光纤水听器阵。

本发明提供的基于伪干涉仪法的PGC解调系统和方法，为适应不同时延差的光纤水听器阵列声信号测试，可以通过调整双脉冲光信号之间的延迟实现。基于伪干涉仪法，利用双脉冲信号+PAM信号代替延迟干涉仪进行PGC解调，能适应不同时延的光纤水听器阵列信号(灵敏度)在线测试，系统结构简单、可靠性强。

附图说明

图1传统的光纤水听器PGC解调系统；

图2是本发明一实施例基于伪干涉仪法的PGC解调系统的示意图；

图3是本发明一实施例基于伪干涉仪法的PGC解调方法的示意图；

图4是本发明一实施例基于伪干涉仪法的PGC解调方法中脉冲正弦调制信号的示意图；

图5是本发明一实施例基于伪干涉仪法的PGC解调方法中声光调制器中的信号调制过程示意；

图6是本发明一实施例基于伪干涉仪法的PGC解调方法中返回的干涉脉冲组示意。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参照图2，本发明一实施例中，一种基于伪干涉仪法的PGC解调系统用于解调待测光纤水听器阵，其特征在于，包括：

激光光源，用于输出特定波长的连续光信号；

陶瓷环，对应所述激光光源设置；

声光调制器，对应所述陶瓷环设置，而输出双脉冲光信号；

信号发生板，对应所述陶瓷环和所述声光调制器设置，所述信号发生板用于在陶瓷环上加载脉冲正弦调制信号，所述信号发生板还用于在声光调制器上加载双脉冲信号调制；

光电探测器，对应待测光纤水听器阵，所述光电探测器用于将待测光纤水听器阵输出的干涉脉冲序列组转换为电信号；

信号解调系统，对应光电探测器设置，接收光电探测器输出的电信号，并进行解调。

现有技术中，在线测试时经常存在解调系统延时干涉仪的延时与待测光纤水听器阵延时不匹配的问题。

在本发明中，激光光源产生连续光信号，由脉冲正弦调制信号调制后，经声光调制器将光源输出的连续光信号调制成双脉冲光信号；双脉冲光信号进入待测光纤水听器阵时分阵列后可返回干涉脉冲序列组，光电探测器将干涉脉冲序列组转化为电信号，通过采集卡进行数字采样，信号解调系统采用PGC解调DCM算法进行信号解调。

信号发生板可以控制脉冲正弦调制信号、双脉冲信号调制的延迟，使得双脉冲光信号输出的第一个光脉冲信号上不携带调制信号，在第二个脉冲信号上携带调制信号。双脉冲信号调制的脉宽和脉冲正弦调制信号的脉宽可以不一样，只要保证双脉冲光信号的第一个光脉冲携带调制信号，第二个光脉冲不携带调制信号。为适应不同时延差的待测光纤水听器阵声信号测试，可以通过调解双脉冲光信号之间的延迟实现。在其他实施例中，信号发生板采用可编程式信号源来替代。

声光调制器输出的双脉冲光信号进入待测光纤水听器阵后，输出干涉脉冲序列组后，进入光电探测器，进而转换为电信号，信号解调系统进行解时分处理。具体信号解调系统的工作方式不作为本发明专利的重点，例如信号解调系统可以采用专利CN108007550A中的相关调制解调检测方法进行解调运算最终输出信号。

综上，为适应不同时延差的光纤水听器阵列声信号测试，可以通过调整双脉冲光信号之间的延迟实现。基于伪干涉仪法，利用双脉冲信号+PAM信号代替延迟干涉仪进行PGC解调，能适应不同时延的光纤水听器阵列信号(灵敏度)在线测试，系统结构简单、可靠性强。

在一个实施例中，所述基于伪干涉仪法的PGC解调系统还包括隔离器；

所述隔离器设置于所述激光光源与所述陶瓷环之间用于避免回波影响。

在本实施例中，隔离器的作用是保证激光光源发出的连续光信号，防止其前端返回的信号光传输至激光光源中，保障激光光源正常工作的同时，也保障了连续光信号的参数准确。

参照图3，本发明还提供了一种基于伪干涉仪法的PGC解调方法，应用于上述的基于伪干涉仪法的PGC解调系统，包括：

S1、激光光源产生特定波长的连续光信号经由陶瓷环输出幅度调整光信号，其中，信号发生板在陶瓷环加载脉冲正弦调制信号；

S2、声光调制器接收幅度调整光信号后输出双脉冲光信号，双脉冲光信号的第一个光脉冲上不携带调制信号在第二个脉冲上携带调制信号，其中，信号发生板给声光调制器施加加载双脉冲信号调制：

S3、光电探测器接收待测光纤水听器阵输出的干涉脉冲序列组后转换为电信号；

S4、信号解调系统接收电信号进行解调运算后，输出信号。

在本实施例中，激光光源产生连续光信号，由脉冲正弦调制信号调制后，经声光调制器将光源输出的连续光信号调制成双脉冲光信号；双脉冲光信号进入待测光纤水听器阵时分阵列后可返回干涉脉冲序列组，光电探测器将干涉脉冲序列组转化为电信号，通过采集卡进行数字采样，信号解调系统采用PGC解调DCM算法进行信号解调。

信号发生板可以控制脉冲正弦调制信号、双脉冲信号调制的延迟，使得双脉冲光信号输出的第一个光脉冲信号上不携带调制信号，在第二个脉冲信号上携带调制信号。双脉冲信号调制的脉宽和脉冲正弦调制信号的脉宽可以不一样，只要保证双脉冲光信号的第一个光脉冲携带调制信号，第二个光脉冲不携带调制信号。为适应不同时延差的待测光纤水听器阵声信号测试，可以通过调解双脉冲光信号之间的延迟实现。

声光调制器输出的双脉冲光信号进入待测光纤水听器阵后，输出干涉脉冲序列组后，进入光电探测器，进而转换为电信号，信号解调系统进行解时分处理。具体信号解调系统的工作方式不作为本发明专利的重点，例如信号解调系统可以采用专利CN108007550A中的相关调制解调检测方法进行解调运算最终输出信号。

所述S1的步骤中：

信号发生板在陶瓷环加载脉冲正弦调制信号为：

sig_pulse(t)＝sig(t)*pulse(t)

其中，sig(t)为正弦信号数学表达式为：

sig(t)＝Acos(2pi*fk*t)

其中，A代表信号幅值，fk为信号频率，t为采集时刻；

其中，pulse(t)为脉冲信号，

其中，t0表示脉冲宽度，T表示脉冲周期，n表示第n个脉冲。

所述S2的步骤中：

信号发生板给声光调制器施加双脉冲调制信号为：

其中，t为双脉冲信号间的间隔，由待测光纤水听器阵的时延间隔所决定。

图4中给出脉冲正弦调制信号的形式。图5中给出了在声光调制器中的信号调制过程示意。图6给出返回的干涉脉冲组示意。

为验证基于伪干涉仪法的PGC解调方法的信号解调能力，在本实施例中，以传统解调系统为基准，发射相同声源级的2k正弦信号，测试两种解调系统的信号解调情况，结果表明，伪干涉仪法的PGC解调系统具备与原系统同样的解调能力，但基于伪干涉仪法的PGC解调方法为适应不同时延差的光纤水听器阵列声信号测试，可以通过调整双脉冲光信号之间的延迟实现。

在一个实施例中，所述S2的步骤中，信号发生板控制脉冲正弦调制信号与双脉冲信号调制的延迟，使得双脉冲光信号输出的第一个光脉冲信号上不携带调制信号，在第二个脉冲信号上携带调制信号。

在一个实施例中，所述S2的步骤中，通过调解双脉冲光信号之间的延迟实现适应不同时延差的待测光纤水听器阵。

综上所述，本发明提供的基于伪干涉仪法的PGC解调系统和方法，适应不同时延差的光纤水听器阵列声信号测试，可以通过调整双脉冲光信号之间的延迟实现。基于伪干涉仪法，利用双脉冲信号+PAM信号代替延迟干涉仪进行PGC解调，能适应不同时延的光纤水听器阵列信号(灵敏度)在线测试，系统结构简单、可靠性强。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于伪干涉仪法的PGC解调系统，用于解调待测光纤水听器阵，其特征在于，包括：

激光光源，用于输出特定波长的连续光信号；

陶瓷环，对应所述激光光源设置；

声光调制器，对应所述陶瓷环设置，而输出双脉冲光信号；

信号发生板，对应所述陶瓷环和所述声光调制器设置，所述信号发生板用于在陶瓷环上加载脉冲正弦调制信号，所述信号发生板还用于在声光调制器上加载双脉冲信号调制；

光电探测器，对应待测光纤水听器阵，所述光电探测器用于将待测光纤水听器阵输出的干涉脉冲序列组转换为电信号；

信号解调系统，对应光电探测器设置，接收光电探测器输出的电信号，并进行解调。

2.根据权利要求1所述的基于伪干涉仪法的PGC解调系统，其特征在于，所述基于伪干涉仪法的PGC解调系统还包括隔离器；

所述隔离器设置于所述激光光源与所述陶瓷环之间用于避免回波影响。

3.一种基于伪干涉仪法的PGC解调方法，应用于权利要求1或2所述的基于伪干涉仪法的PGC解调系统，其特征在于，包括：

S1、激光光源产生特定波长的连续光信号经由陶瓷环输出幅度调整光信号，其中，信号发生板在陶瓷环加载脉冲正弦调制信号；

S2、声光调制器接收幅度调整光信号后输出双脉冲光信号，双脉冲光信号的第一个光脉冲上不携带调制信号在第二个脉冲上携带调制信号，其中，信号发生板给声光调制器施加加载双脉冲信号调制：

S3、光电探测器接收待测光纤水听器阵输出的干涉脉冲序列组后转换为电信号；

S4、信号解调系统接收电信号进行解调运算后，输出信号。

4.根据权利要求3所述的基于伪干涉仪法的PGC解调方法，其特征在于，所述S1的步骤中：

信号发生板在陶瓷环加载脉冲正弦调制信号为：

sig_pulse(t)＝sig(t)*pulse(t)

其中，sig(t)为正弦信号数学表达式为：

sig(t)＝Acos(2pi*fk*t)

其中，A代表信号幅值，fk为信号频率，t为采集时刻；

其中，pulse(t)为脉冲信号，

其中，t0表示脉冲宽度，T表示脉冲周期，n表示第n个脉冲。

5.根据权利要求4所述的基于伪干涉仪法的PGC解调方法，其特征在于，所述S2的步骤中：

信号发生板给声光调制器施加双脉冲调制信号为：

其中，为双脉冲信号间的间隔，由待测光纤水听器阵的时延间隔所决定。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的基于伪干涉仪法的PGC解调方法，其特征在于，所述S2的步骤中，

信号发生板控制脉冲正弦调制信号与双脉冲信号调制的延迟，使得双脉冲光信号输出的第一个光脉冲信号上不携带调制信号，在第二个脉冲信号上携带调制信号。

7.根据权利要求3至5中任意一项所述的基于伪干涉仪法的PGC解调方法，其特征在于，所述S2的步骤中，

通过调解双脉冲光信号之间的延迟实现适应不同时延差的待测光纤水听器阵。