[发明专利]一种改进的生成载波相位PGC解调方法有效
申请号: | 201510293444.3 | 申请日: | 2015-06-02 |
公开(公告)号: | CN105157733B | 公开(公告)日: | 2017-11-21 |
发明(设计)人: | 杨军;侯璐;彭峰;苑勇贵;吴冰;苑立波 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工程大学 |
主分类号: | G01D5/26 | 分类号: | G01D5/26 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
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摘要: | 本发明设计属于光纤干涉仪测量领域,具体涉及到一种改进的生成载波相位PGC解调方法。改进的生成载波相位PGC解调方法,用干涉仪后端的3×3耦合器输出的第一路固定相移FPS信号和第二路FPS信号进行FPS算法相位解调;第一路PGC信号采用相位生成载波算法进行解调,最后将两种算法解调结果进行合理融合。本发明将基于3×3耦合器的固定相移法与PGC算法相结合,使用PGC算法解调低频小信号,使用FPS算法输出高频大信号,这样可以在保持原有的采样率的情况下提高系统的相位分辨率,增大动态范围最终实现保持采样率不变的情况下,增加相位分辨率与动态范围,消除伴生调幅影响。 | ||
搜索关键词: | 一种 改进 生成 载波 相位 pgc 解调 方法 | ||
【主权项】:
一种改进的生成载波相位PGC解调方法,用干涉仪后端的3×3耦合器输出的第一路固定相移FPS信号和第二路FPS信号进行FPS算法相位解调;第一路PGC信号采用相位生成载波算法进行解调,最后将两种算法解调结果进行合理融合;PGC算法中增加PGC椭圆拟合校正模块,FPS算法中增加FPS椭圆拟合校正模块分别实现对伴生调幅效应的抑制;同时以被测相位的幅度和频率乘积作为算法选择的判定条件,完成PGC算法和FPS算法的融合,解调算法包含载波设定模块,PGC锁相模块,PGC椭圆拟合校正模块,PGC数字反正切模块,FPS数据截取模块,FPS椭圆拟合校正模块,FPS数字反正切模块,数据融合模块组成:(1)系统首先运行载波设定模块,其中载波输出子模块产生频率为20kHz~2MHz的正弦信号给光源调制器,调制幅度根据光源状态设置为π/2rad到πrad之间并维持干涉条纹稳定即可,调制后的光注入到干涉仪中;干涉仪后端的放大电路连接至数据采集子模块,采样率根据载波信号频率设定为100kbps~10Mbps,得到第一路PGC信号,第一路FPS信号和第二路FPS信号;(2)PGC锁相模块中,本地产生的基频信号与倍频信号以及第一路PGC信号分别同时经过第一锁相子模块、第二锁相子模块,消除干涉信号中的载波成分,提取被测量信号的正弦分量,余弦分量,补偿光纤,电路以及光源产生的非线性相移,附加相位差,根据系统状态与载波频率选取锁相点数为每周期100~100000个点;(3)PGC椭圆拟合校正模块用于校正PGC锁相模块输出的正弦分量,余弦分量,校正参数更新与否取决于低通滤波器的输出结果,即被测信号的时域幅度;(4)PGC椭圆拟合校正模块输出结果经过PGC数字反正切模块得到PGC解调结果,数字反正切精度根据实际情况在2π周期内选取4096~12864个点,PGC解调结果送入PGC数据缓存中;(5)FPS数据截取模块用于将第一路FPS信号与第二路FPS信号分段,根据系统状态不同,选取包含1~10个载波周期的时域信号作为一个数据包,送入FPS椭圆拟合校正模块消除伴生调幅;(6)FPS椭圆拟合校正模块将数据包形式的第一路FPS信号与第二路FPS信号校正为标准正交信号;(7)FPS椭圆拟合校正模块输出至FPS数字反正切模块,求解出被测信号并输出至FPS数据缓存中,信号包含两个成分,调制光源信号与利用压电陶瓷驱动器及压电陶瓷环加载的标定信号;(8)数据融合模块根据被测相位的幅度和频率乘积大小选取PGC解调输出或FPS解调输出作为解调结果;所述的PGC椭圆拟合校正模块,修正非线性相移,PGC椭圆拟合校正算法需要满足信号相位变化大于πrad,PGC椭圆拟合校正算法判定条件由FPS数字反正切模块提供,若低通滤波器输出结果相位变化大于πrad时,启动PGC椭圆拟合校正模块,使用正弦分量,余弦分量构造PGC椭圆矩阵,并通过PGC椭圆矩阵求解PGC椭圆参数,椭圆参数用于PGC数据校正;若低通滤波器输出结果相位变化小于πrad则不进行椭圆参数更新,利用之前参数进行PGC数据校正;所述的FPS数据截取模块,选取时域信号进行处理,保证数据段内包含πrad的相位变化,根据系统状态选取1~10个调制波周期信号;所述的FPS椭圆拟合校正模块输入信号相位变化大于πrad,根据载波输出子模块调制幅度为π/2rad到πrad,使用FPS数据截取模块的输出结果构造FPS椭圆矩阵,利用矩阵求解FPS椭圆参数,使用FPS椭圆参数进行FPS数据校正;所述的数据融合模块根据被测相位的幅度和频率乘积大小选取PGC算法与FPS算法最优输出结果作为系统的最终结果,FPS数字反正切模块输出结果经过低通滤波器分离光源调制载波信号与标定信号,其中低通滤波器参数根据载波信号参数选择,包括滤波器的通带频率为10kHz~1MHz之间,衰减速度至少为60dB~120dB,FPS解调结果放入FPS数据缓存中;PGC数字反正切模块结果放入PGC数据缓存中,结果判定子模块读取这两个缓存数据;所述结果判定子模块,由数据读取模块,频谱计算模块,输出选择模块组成:数据读取模块中进行读取PGC缓存,读取FPS缓存操作,得到PGC数据与FPS数据;PGC数据经过傅里叶变换子模块得到PGC频率数据,PGC幅度数据与PGC频率数据同时输入乘法器;输出选择模块根据PGC幅度数据与PGC频率数据乘积大小,载波信号频率做出判断,系统载波为10MHz,乘积值小于1rad*10MHz时,使用PGC数据作为解调结果,乘积值大于1rad*10MHz时,使用FPS数据作为解调结果。
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