【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于信號解調，具體涉及一種高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調方法及裝置。
技術介紹
1、3×3耦合器解調方法具有靈敏度高、信號損耗低、適應性高、抗干擾能力強等許多優點，而相位生成載波(phase?generation?carrier,pgc)解調技術具有動態范圍較大、靈敏度高和信號保真度強等諸多優點，因此這兩種算法被廣泛應用于分布式光纖傳感器、水聽器、干涉儀等儀器設備的高精度、高抗干擾性測量。3×3耦合器解調方法是通過引入兩臂之間存在120o相位差的3×3耦合器并結合干涉結構來實現相位解調的；而pgc解調技術則通過引入高頻載波調制信號來抑制低頻噪聲，而后經過運算還原初始的待測信號，主要分為反正切(arctangent,pgc-arctan)算法和微分交叉相乘(differential?crossmultiplication,pgc-dcm)算法。
2、然而，3×3耦合器解調方法受限于其結構等因素，輸出信號易受光強擾動或偏振衰落從而導致三路輸出相位不構成120°，解調效果不佳；而微分交叉相乘算法和反正切算法對光強擾動、載波相位延遲以及調制深度的波動都非常敏感。此外，由于反正切算法是將兩路經過混頻后通過低通濾波器的正交分量相除得到正切值，再做反正切運算還原出待測信號的，這種方法只能在區間內工作，在區間邊界會產生跳變，導致區間外的信號難以解調。
3、為了提高解調結果的解調精度，同時提高系統對微小信號檢測的靈敏度以及解調算法的抗干擾性，一般只能對傳感系統的結構進行硬件上的升級改造或對運算推導過程進
技術實現思路
1、為了解決現有解調技術難以同時消除光強干擾、載波相位延遲以及調制深度三種影響因素，并兼增強微小信號檢測能力的問題，同時提高解調精度及系統穩定性，本專利技術提出了一種高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調方法及裝置，運用3×3耦合器并pgc融合改進解調方法從三路初始干涉信號中解調出待測信號，不但消除了光強干擾、載波相位延遲以及調制深度三種因素對解調結果的影響，同時通過引入3×3耦合器結構，放大了微小信號，提高了微小信號檢測靈敏度以及相位解調精度，增強了抗干擾性，可廣泛應用于周界安防、軌道監測、大型基礎建筑健康監測等領域。
2、技術方案：
3、第一方面，本專利技術公開了一種高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調方法，所述解調方法包括以下步驟：
4、初始被測干涉信號通過3×3耦合器輸出三路信號i1(t)、i2(t)和i3(t)，其中：
5、第一路被測干涉信號i1(t)經過第一直流濾波器后分為兩路，兩路信號分別與載波信號的一倍頻和二倍頻混頻，采用低頻濾波器對兩路混頻信號進行濾波操作，得到第一濾波信號l1和第二濾波信號l2；
6、第二路被測干涉信號i2(t)經過第二直流濾波器后分為三路，一路信號直接通過低通濾波器進行濾波操作，得到第三濾波信號l3，另外兩路信號分別與載波信號的一倍正弦和二倍正弦信號混頻，兩路混頻信號均通過低通濾波器進行濾波操作，得到第四濾波信號l4和第五濾波信號l5；
7、第三路被測干涉信號i3(t)經過第三直流濾波器后分為兩路，兩路信號分別與載波信號的一倍頻和二倍頻混頻，采用低頻濾波器對兩路混頻信號進行濾波操作，得到第六濾波信號l6和第七濾波信號l7；
8、s2.將第一濾波信號l1與第六濾波信號l6相加后平方，再與第四濾波信號l4的平方相加得到第一無載波相位延遲平方信號s1，將第二濾波信號l2與第七濾波信號l7相加后平方，再與第五濾波信號l5的平方相加得到第二無載波相位延遲平方信號s2；
9、s3.對第一無載波相位延遲平方信號s1和第二無載波相位延遲平方信號s2分別進行開方運算，得到第一無載波相位延遲信號k1和第二無載波相位延遲信號k2，其中第一無載波相位延遲信號k1對時間t求導得到第一運算結果d1，將第二無載波相位延遲信號k2和第三濾波信號l3相加得到第二運算結果d2，用第一運算結果d1除以第二運算結果d2得到第三運算結果d3；
10、s4.對第三運算結果d3乘以2/c得到消除調制深度影響信號v；
11、s5.對消除調制深度影響信號v進行積分運算，濾除高頻噪聲后得到待測信號相位信號
12、進一步地，步驟s1中，通過3×3耦合器輸出的三路初始被測干涉信號i1(t)、i2(t)和i3(t)分別為：
13、
14、式中，m為光強擾動的幅值，ωn為光強擾動的角頻率，t為時間，a為光強直流分量，b為初始干涉信號的幅值，c為調制深度，ωc為載波調制信號的角頻率，θ為載波相位延遲，為t時刻的待測信號相位信號；
15、所述第一濾波信號l1、第二濾波信號l2的表達式分別為：
16、
17、式中，j1(c)為一階貝塞爾函數，j2(c)為二階貝塞爾函數；
18、所述第三濾波信號l3、第四濾波信號l4和第五濾波信號l5的表達式分別為：
19、
20、式中，j0(c)為零階貝塞爾函數；
21、所述第六濾波信號l6、第七濾波信號l7的表達式分別為：
22、
23、進一步地，步驟s2中，所述第一無載波相位延遲平方信號s1、第二無載波相位延遲平方信號s2的表達式分別為：
24、
25、進一步地，步驟s3中，所述第一無載波相位延遲信號k1、第二無載波相位延遲信號k2的表達式分別為：
26、
27、所述第一運算結果d1、第二運算結果d2以及第三運算結果d3的表達式分別為：
28、
29、進一步地，步驟s4中，所述消除調制深度影響信號v的表達式為：
30、
31、第二方面，本專利技術公開了一種高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調裝置，所述解調裝置包括第一直流濾波器、第二直流濾波器、第三直流濾波器、第三低通濾波器、混頻濾波模塊、消除載波相位延遲模塊、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調方法，其特征在于，所述解調方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調方法，其特征在于，步驟S1中，通過3×3耦合器輸出的三路初始被測干涉信號I1(t)、I2(t)和I3(t)分別為：
3.根據權利要求1所述的高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調方法，其特征在于，步驟S2中，所述第一無載波相位延遲平方信號S1、第二無載波相位延遲平方信號S2的表達式分別為：
4.根據權利要求1所述的高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調方法，其特征在于，步驟S3中，所述第一無載波相位延遲信號K1、第二無載波相位延遲信號K2的表達式分別為：
5.根據權利要求1所述的高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調方法，其特征在于，步驟S4中，所述消除調制深度影響信號V的表達式為：
6.一種高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調裝置，其特征在于，所述解調裝置包括第一直流濾波器、第二直流濾波器、第三直流濾波器、第三低通濾波器、混頻濾波模塊、消除載波相位延遲模
7.根據權利要求6所述的高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調裝置，其特征在于，所述混頻濾波模塊包括第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、第五乘法器、第六乘法器、數字頻率合成器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第四低通濾波器、第五低通濾波器、第六低通濾波器和第七低通濾波器；
8.根據權利要求6所述的高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調裝置，其特征在于，所述消除載波相位延遲模塊包括：第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第一平方器、第二平方器、第三平方器和第四平方器；
9.根據權利要求6所述的高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調裝置，其特征在于，所述消除光強擾動模塊包括：第一開方器、第二開方器、第五加法器、第一微分器和第一除法器；
10.根據權利要求6所述的高性能的3×3耦合器并PGC融合改進解調裝置，其特征在于，所述消除調制深度影響模塊包括：第一常數單元、第七乘法器；
...【技術特征摘要】
1.一種高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調方法，其特征在于，所述解調方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調方法，其特征在于，步驟s1中，通過3×3耦合器輸出的三路初始被測干涉信號i1(t)、i2(t)和i3(t)分別為：
3.根據權利要求1所述的高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調方法，其特征在于，步驟s2中，所述第一無載波相位延遲平方信號s1、第二無載波相位延遲平方信號s2的表達式分別為：
4.根據權利要求1所述的高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調方法，其特征在于，步驟s3中，所述第一無載波相位延遲信號k1、第二無載波相位延遲信號k2的表達式分別為：
5.根據權利要求1所述的高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調方法，其特征在于，步驟s4中，所述消除調制深度影響信號v的表達式為：
6.一種高性能的3×3耦合器并pgc融合改進解調裝置，其特征在于，所述解調裝置包括第一直流濾波器、第二直流濾波器、第三直流濾波器、第三低通濾波器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張益昕，馬騰，張旭蘋，周霄，陸溢帆，肖添，鄒寧睦，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：
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