[发明专利]一种PGC相位解调法中相位延迟补偿方法

说明书

本发明公开了一种PGC相位解调法中相位延迟补偿方法。正弦相位调制干涉信号在放大滤波后由模数转换器转换为数字干涉信号，对数字干涉信号同时进行一阶、二阶谐波的正交下混频，获得两对正交谐波幅值信号，运用两对正交谐波幅值信号直接提取出相位延迟的一倍角与二倍角的正余弦值作为修正系数，用修正系数乘以相应的正交谐波幅值信号再通过加法运算就可获得不受相位延迟影响的新谐波幅值信号，再通过反正切运算获得待测相位。本发明无需对相位延迟进行求解就可补偿相位延迟，避免了相位延迟复杂的求解过程，解决了PGC相位解调技术中相位延迟引起的非线性误差难以实时补偿的问题，提高了相位测量精度，广泛应用于激光干涉精密测量技术领域。

技术领域

本发明属于激光干涉测量技术领域的一种相位解调补偿优化方法，特别是一种PGC相位解调法中相位延迟补偿方法。

背景技术

相位生成载波(PGC)调制解调技术因测相灵敏度高、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调制解调技术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以及积分等运算获得待测相位，这种方法容易受激光器光强、载波相位延迟、相位调制深度的影响。PGC-Arctan法将正交分量进行除法以及反正切运算直接得到待测相位，测量结果不受光强影响，但仍然会受相位延迟与调制深度的影响。相位延迟补偿是实现调制深度补偿的前提，为了精确获得待测相位，通常将相位延迟调整为零来实现相位延迟补偿。在实际中，相位延迟存在漂移，传统的方法难以实现相位延迟的实时补偿，或者需要复杂的计算过程来计算并补偿相位延迟，并且相位延迟的求解过程会受到待测相位大小的影响。当相位延迟偏离零时，将会出现非线性误差，这限制了测相精度的提高。所以，高效地补偿PGC相位解调算法中的相位延迟是提高干涉型光纤传感和正弦调制干涉测量精度需要解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种PGC相位解调法中相位延迟补偿方法，本发明无需对相位延迟进行求解就可补偿相位延迟，避免了相位延迟复杂的求解过程，解决了PGC相位解调技术中相位延迟引起的非线性误差难以实时补偿的问题，提高了相位测量精度，能广泛应用于激光干涉精密测量技术领域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1)通过带通滤波器滤波去除正弦相位调制干涉信号中的直流成分与高频噪声，然后对滤波后的正弦相位调制干涉信号进行模数采样转换为数字干涉信号S(t)，由此采样获得数字干涉信号S(t)，其中采样频率高于正弦相位调制频率的4倍，数字干涉信号S(t)表示如下：

其中，A表示数字干涉信号的幅值，m表示调制深度，θ表示相位延迟，ω_c表示正弦相位调制频率，表示待测相位，J₀(m)表示第0阶的第一类贝塞尔函数，J_2n(m)表示偶数阶的第一类贝塞尔函数，J_2n-1(m)表示奇数阶的第一类贝塞尔函数；

步骤2)数字干涉信号S(t)分别与第一数字频率合成器产生的一阶正交参考信号(sin(ω_ct)、cos(ω_ct))的两路以及第二数字频率合成器产生的二阶正交参考信号(cos(2ω_ct)、sin(2ω_ct))的两路中的每一路依次通过乘法器相乘、低通滤波处理完成正交下混频运算，sin(ω_ct)、cos(ω_ct)分别表示一阶正交参考信号的一阶正弦信号和一阶余弦信号，cos(2ω_ct)、sin(2ω_ct)分别表示二阶正交参考信号的二阶正弦信号和二阶余弦信号；