[发明专利]基于相位保留滤波和峰位置追踪的低相干干涉解调方法

说明书

本发明公开了一种基于相位保留滤波和峰位置追踪的低相干干涉解调方法，在标定过程中，先对原始信号进行相位保留滤波处理，消除背景和高频噪声，从而得到低相干干涉信号；随后利用质心公式和单条纹峰递推公式分别得到质心和单条纹峰的位置，从而通过曲线拟合得到拟合公式；在对实际信号的解调过程中，先通过计算得到条纹的质心，再通过拟合公式计算得到单条纹峰的位置。与现有技术相比，本发明可实现更高的精度，并且解调精度会突破CCD尺寸的限制，达到亚像素级。

技术领域

本发明涉及光纤法珀传感技术，特别是涉及一种空间域低相干干涉解调方法。

背景技术

得益于对绝对距离进行精确测量的能力，低相干干涉法广泛应用于物理形貌和表面检测、光学相干层析技术以及可将待测物理量(压力、温度、折射率等)转化为距离量的光纤传感领域等。

低相干干涉的解调方法主要有空间域的条纹分析法和空间频率域的相位法。条纹分析法利用了低相干干涉条纹的位置信息进行解调，如质心、包络等。由于计算简单，所以可以实现高速解调。但是由于条纹容易受到器件加工误差、光的非垂直入射以及色散等因素的影响而失真变形，所以不易实现高精度解调。相位法利用空间频率域的相位信息实现解调，往往具有更高的精度，但相位固有的2π周期使得相位重叠模糊是必须解决的问题，否则解调范围会受到限制。通常利用对相对相位进行展开的方式以实现干涉级次的确定和求出绝对相位，但相位展开运算较为复杂，并且需要进行特定基准参数的人为提前选定，这极大限制了相位解调方法在实际环境中的应用。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于相位保留滤波和峰位置追踪的低相干干涉解调方法，利用了滤波后的精确单条纹位置进行解调，相比较于传统方法，获得了更高的解调精度。

本发明的一种基于相位保留滤波和峰位置追踪的低相干干涉解调方法，包括标定过程和解调过程，其中：

标定过程：

步骤1、对原始干涉信号进行相位保留滤波，得到消除了暗背景噪声和高频噪声的低相干干涉条纹信号；相位保留滤波的具体计算过程如下：

1-1、将空间频率域的滤波向量设计为其中q为截止频率，p为通带宽度，N为向量长度，通过离散傅里叶逆变换，在空间域的表达式为

1-2、对滤波向量进行加窗处理，优化滤波效果和消除吉布斯效应，所采用的窗函数为w(n)＝w_Bl(n)*w_Bl(-n)，其中，*代表卷积运算，w_Bl(n)为布莱克曼窗，其表达式为

1-3、计算空间相位保留滤波向量g(n)，表达式为其中，w(0)为归一化系数，将g(n)与原始信号进行卷积运算即可实现相位保留滤波；

步骤2、利用法珀传感单元产生连续等间距的法珀腔长变化，得到一一对应的低相干干涉条纹的质心位置和单条纹的峰位置，建立质心位置与单条纹峰位置的线性关系函数，线性关系函数的建立具体过程如下：

2-1、计算获得质心位置l_cen，公式为其中，l_p为构成干涉条纹的采集点位置，I(l_p)为该点光强信号，I_max为条纹最大峰值，l_cen为质心位置；

2-2、通过递推表达式得到连续腔长变化下的单条纹峰位置，公式如下：