[发明专利]一种PGC相位解调法中调制深度的提取与补偿方法

说明书

本发明公开了一种PGC相位解调法中调制深度的提取与补偿方法。经滤波、放大、模数采样后的干涉信号分别与一阶、二阶和三阶谐波的参考信号相乘并进行低通滤波，获得三个谐波幅值信号，对其进行微分运算获得三个谐波微分信号，运用上述谐波幅值信号及谐波微分信号求出调制深度；结合贝塞尔函数递推公式，通过上述谐波幅值信号与所求调制深度值构造不受调制深度影响的新谐波幅值信号，消除了调制深度的影响，最终通过反正切运算准确求得待测相位。本发明解决了PGC相位解调技术中调制深度波动带来的非线性误差难以实时补偿的问题，提高了相位测量精度，可广泛应用于干涉型光纤传感器、正弦相位调制干涉技术领域。

技术领域

本发明涉及相位生成载波(PGC)解调技术领域，特别是一种PGC相位解调法中调制深度的提取与补偿方法。

背景技术

相位生成载波(PGC)解调技术因抗低频干扰、灵敏度高、动态范围大等优点，被广泛应用于干涉型光纤传感器和正弦相位调制干涉仪。PGC解调技术主要包括微分交叉相乘算法(PGC-DCM)和反正切算法(PGC-Arctan)。PGC-DCM法通过对正交分量进行微分交叉相乘和积分等运算获得待测相位，这种方法的测量结果容易受到激光器光强、载波相位延迟、调制深度波动的影响。PGC-Arctan法通过对正交分量进行除法以及反正切运算获得待测相位，消除了激光器光强扰动对测量结果的影响，但仍然会受到载波相位延迟与调制深度波动的影响。其中调制深度的波动会对测量结果造成较大的影响。对于PGC-Arctan算法，调制深度应保持在理想值2.63rad，但在实际中，调制深度会随环境变化出现一定的漂移，现有方法难以实现调制深度的实时补偿，当调制深度偏离理想值2.63时，将会出现非线性误差，这限制了测相精度的提高。

所以，准确地提取出PGC相位解调算法中的调制深度值并补偿是提高正弦调制干涉测量精度需要解决的关键技术问题，现有技术缺少了这样的方法。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明公开了一种PGC相位解调法中调制深度的提取与补偿方法，实时解决了PGC解调中调制深度波动对相位解调造成的影响，解决了PGC相位解调技术中调制深度波动带来的非线性误差难以实时补偿的问题，在振动测量等相位正弦变化的测量领域中效果显著，提高了相位测量精度，可广泛应用于干涉型光纤传感器、正弦相位调制干涉技术领域。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

采样获得正弦相位调制干涉信号S(t)，表达式如下：

其中，A为正弦相位调制干涉信号的幅值，m为调制深度，J₀(m)为零阶第一类贝塞尔函数，J_2n(m)和J_2n-1(m)分别为偶数阶和奇数阶第一类贝塞尔函数，n表示阶数，ω_c为正弦相位调制干涉信号的角频率，为t时刻的待测相位，t表示时间；

数字频率合成器产生的一阶参考信号(sinω_ct)、二阶参考信号(cos2ω_ct)、三阶参考信号(sin3ω_ct)分别与正弦相位调制干涉信号S(t)相乘，并分别进行低通滤波，得到三个关于待测相位的谐波幅值信号I₁、I₂、I₃：

其中，LPF[]表示低通滤波运算，I₁、I₂、I₃分别表示谐波幅值信号的一阶幅值分量、二阶幅值分量、三阶幅值分量；

谐波幅值信号I₁、I₂、I₃经过微分运算后分别得到谐波微分信号D₁、D₂、D₃：