改进式相位生成载波调制解调方法

在对调制方法、混频原理、调制深度取值等问题深入研究的基础上,为得到更高的抗干扰能力,结合相位生成载波调制解调技术与微分交叉相乘解调算法,引入除法运算,提出一种改进的相位生成载波解调算法,以抑制光强扰动对解调结果的影响,并与传统的微分交叉相乘解调算法在光源产生低频干扰时的解调效果对比,进行仿真实验.对比信号源分别为20 Hz与200 Hz时的解调效果,结果表明,在光源有1Hz低频扰动的情况下,在高频信号解调的结果中,改进的解调算法可以准确地实现对待测信号的解调,解调结果与传统方法相比具有更高的线性度.     

一种基于光纤激光水听器的PGC改进解调算法

基于分布反馈式（DFB）光纤激光水听器，针对传统相位生成载波（PGC）解调方案中的不足，提出了一种新型的单路微分相除（PGC-SDD）解调算法。与传统的微分交叉相乘（PGC-DCM）和反正切（PGC-Arctan）解调算法相比，该方法仅需要双通道的1路信号作微分处理，以较少的运算步骤和计算量达到解调信号的目的。PGC-SDD算法能够更有效地应对环境引起的光强扰动和调制深度引起的谐波畸变，使解调结果更接近待测信号。对3种解调算法进行仿真和实验验证，结果表明:采用PGC-DCM解调其信噪比约12.4 dB，PGC-Arctan算法的信噪比约13.9 dB，PGC-SDD算法的信噪比达到了17.5 dB。     

干涉型光纤水听器相位载波调制-解调中信号混叠产生的机理及解决方案

信号混叠是制约基于相位载波调制-解调的光纤水听器系统走向应用的一个关键问题。对信号混叠产生的机理进行了详细的理论分析和仿真,结果表明,提高光源调制频率和降低探头灵敏度都无法有效解决光纤水听器实际应用中遇到的高频干扰引起的混叠问题。基于声学滤波器原理,提出了一种新颖的声低通滤波解决方案。设计并加工制作了一种简单的声低通滤波光纤水听器,在驻波罐中对其声压灵敏度频响进行了测量。实验结果表明,该光纤水听器在测量频带上具有较好的声低通滤波特性,低频声压灵敏度约为-140 dB(0 dB=1 rad/μPa),高频衰减大于20 dB,对高频干扰有较强的抑制能力。该方案十分简单经济,能从根本上有效地解决相位载波调制-解调中的信号混叠问题。     

载波相位偏差对光纤检波器解调的影响

在基于外差方案的干涉型光纤检波器中,正交载波的获取是其中的一个重要环节。谐波失真和相对幅度误差是评价解调信号质量的重要指标,正交载波之间存在的相位偏差会导致解调信号的谐波失真和相对幅度误差增大。分析了正交载波的相位偏差与解调结果的谐波失真、相对幅度误差之间的关系,运用级数分解和贝塞尔函数展开式进行数学推导,并进行了仿真验证。分析结果表明,正交载波的相位偏差与谐波失真/相对幅度误差呈正相关,当要求谐波失真优于-40dB、相对幅度误差小于1%时,需要控制相位偏差在1.6×10-2 rad以下。最后搭建了实验测试系统,实验结果验证了理论的正确性。     

基于同步载波提取的光纤传感器相位生成载波解调方法

利用3×3耦合器和法拉第旋转镜等光学元件,构造了一个基于迈克尔逊干涉系统的光纤振动传感器.使用外调制的方法对传输光进行相位生成载波调制,并将该光纤振动传感器应用于长距离的安全监测中.通过对该传感器的干涉输出信号进行贝塞尔展开分析,发现干涉输出信号中含有与外调制所使用的载波频率相同的信号成分.因此,使用一个中心频率为载波频率且通带很窄的带通滤波器,可以同步地提取载波信号.同步提取的载波信号用于干涉输出信号的相位生成载波被动零差解调,可以得到作用于光纤振动传感器上的外界振动信号.本文提出了从输出信号中同步提取载波的方法,通过理论推导得出了该方法的可行性,并且通过软件仿真和实验验证了该理论的正确性.文中还对提取的载波受低频信号干扰,造成其幅度不稳定的现象进行分析并提出了解决方法.研究表明,同步载波提取法适用于相位调制器与干涉信号输出端距离较远,相位生成载波解调需要的同源载波获取较困难的情况.     

干涉型光纤传感器相位生成载波解调方法改进与研究

提出了基于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调方法（PGC）的改进方法,通过算法上的改进和增加抗混叠滤波器,有效地改善了解调结果,并大大降低了系统的采样频率,结论对设计干涉型光纤传感器解调系统有重要的参考意义     

相位生成载波解调方法的研究

为了获得更高的线性度和更强的抗干扰能力,提出一种改进的相位生成载波解调算法.利用滤去直流量的干涉信号及其与基频相混频的信号来进行运算,将两路信号倍频后的差分结果与其相乘后的微分结果相除来实现对被测信号的解调.该方法可有效消除光源扰动和直流分量对解调结果的影响.仿真结果验证了改进解调算法的可行性及优势,与传统算法相比获得了更高的线性度和更强的抗干扰能力,并打破了基频混频只适用于小信号的局限性.搭建实验系统进行验证,结果表明改进算法的频率解调准确率较高,且强度响应一致性较好.     

基于基频混频的相位生成载波解调方法研究与改进

对基频混频相位生成载波解调方法的局限性进行了研究与改进.在该方法的基础上,通过引入直流滤波器,滤除了直流成分的影响,使得改进后的算法克服了基频混频相位生成载波解调方法只适用于小信号的局限性;通过引入抗混叠滤波器,保留了有用频谱成分,进一步降低了采样频率.在采样频率一定时,最大限度地提高了系统可解调的动态范围上限,给出了实现改进后算法的硬件实现方案,并用Matlab及数字信号处理器软件开发代码调试器分别进行了仿真验证,证明了这种改进解调方案的可行性.     

用于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术

相位生成载波技术是用于光纤传感器中很重要的一种信号解调方法。简要说明了相位生成载波调制的原理和两种基本的调制方法 ,着重介绍了相位生成载波调制信号的解调方法 ,包括 :零差法、伪外差法和合成外差法 ,并对以上各种方法进行了分析比较。对相位生成载波技术在干涉型光纤传感器中的应用作了详细的介绍。针对现在最有希望用于智能结构的光纤布拉格光栅传感器 ,介绍了相位生成载波技术在这方面的应用。     

基于EKF和LKF级联的频偏和相位估计联合方案

提出基于级联扩展卡尔曼滤波与块状处理线性卡尔曼滤波的频偏和相位噪声协同处理方案。利用扩展卡尔曼滤波器对系统频偏进行初始估计,利用块状线性卡尔曼滤波器实现频偏和相位噪声的精准估计。对最优数据块长度和调优参数Q的关系,算法的线宽容忍性能、频偏估计范围以及频偏漂移追踪速度进行了详细的讨论和分析。结果表明,该方案具有快速的载波估计收敛能力、较高的频偏和相位估计精度,并且其频偏漂移追踪可高达320 MHz/μs。相比传统盲相位搜索方法,该方案具备较高的频偏容忍度和较低的实现复杂度。最后实验研究正交相移键控(QPSK)光通信系统下的载波恢复性能,同时给出不同光信噪比、块状数据长度下的载波频偏估计性能。     

基于ip-iq理论的改进谐波检测方法

有源电力滤波器(APF)是电力系统中实现电能质量管理的关键设备,谐波检测作为APF的关键技术之一,检测的精度和响应速度直接决定了APF的整体性能。介绍了传统的基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波电流检测算法; 针对其检测精度受锁相环输出相位误差影响,以及低通滤波器的存在限制了谐波检测系统的响应速度,提出了应用锁频环技术,产生与电网电压同频的单位正余弦信号的一种改进谐波检测算法; 并提出采用滑动平均滤波器(MAF)代替低通滤波器提高其响应速度以及改善谐波检测精度; 对改进的检测算法进行了理论分析,通过MATLAB进行仿真研究,理论分析和仿真结果都证明了该方法的有效性。     

干涉型光纤传感器相位生成载波技术研究与改进

对干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术进行了研究.对PGC算法进行了数学推导和仿真计算,对数字低通滤波器进行了详细分析,给出了其影响PGC解调性能的原因及数字滤波器的设计方法.讨论了传感器干涉光强对PGC算法输出结果的影响,提出了改进的PGC算法,该算法可以有效的实现自动增益控制,消除干涉光强漂移对解调的影响,并大大减小由干涉光强引入的系统噪音;还可以在有限阶数低通滤波器的情况下,极大的增加系统可解调的大信号幅度,提高系统动态范围12 dB以上.     

自动引导车电池SOC估算方法研究

自动引导车(AGV车)工况特殊,电流积分法估算电池剩余容量(SOC)误差较大,而且存在累积误差。为了提高AGV车电池剩余容量估算的准确度,对扩展卡尔曼滤波法估算AGV车电池剩余容量进行了研究,分析了AGV车特殊工况,提出将扩展卡尔曼滤波法的滤波增益改进为动态调整滤波增益,有效提高扩展卡尔曼滤波法的跟踪效果。实验表明使用扩展卡尔曼滤波法估算AGV车电池剩余容量精度较高,采用动态校正的滤波增益提高了估算过程的跟踪效果,解决了AGV车电池剩余容量估算不准确的问题。     

Mach-Zehnder interferometer with a uniform wavelength period

We have realized a first optical filter composed of optical delay lines and couplers that has a periodic response with respect to wavelength, whereas a conventional optical filter is known to have a periodic response to relative optical frequency. This new filter can be constructed by using a phase-generating coupler (PGC) that supplies the optical delay lines with a wavelength-dependent nonlinear phase. The PGC, which is also composed of optical delay lines and couplers, can simultaneously provide a desired phase and an arbitrary amplitude coupling ratio. We applied our transformation method to a conventional Mach-Zehnder interferometer (MZI) as an example of an optical frequency filter and converted it to an optical wavelength filter. We fabricated the designed MZI on a silica-based planar lightwave circuit and successfully realized what is believed to be the first MZI with a uniform wavelength period.     

干涉型光纤水听器PGC解调的参数估计方法

对于干涉型光纤水听器外调制式相位生成载波(PGC)解调方案,光干涉强度和调制深度两个参数的波动会影响解调结果。为了消除影响,本文提出利用椭圆曲线拟合以及频域搜索的参数估计方法。根据理论分析,当调制深度在[0,3.83]区间内两种方法有效,可以适应实际情况中调制深度缓慢且小范围波动的情况。为了分析验证两种方法,本文利用不同类型的待测信号进行了数值仿真,根据仿真结果,在声信号引起的相位较大的情况下,两种方法都能对参数进行正确估计;利用频域搜索的方法适用的动态范围更大;当相关参数缓慢波动时,频域搜索法能正确跟踪估计相关参数。     

An improved arctangent algorithm based on phase-locked loop for heterodyne detection system

We present an ameliorated arctangent algorithm based on phase-locked loop for digital Doppler signal processing,utilized within the heterodyne detection system. We define the error gain factor given by the approximation of Taylor expansion by means of a comparison of the measured values and true values. Exact expressions are derived for the amplitude error of two in-phase quadrature signals and the frequency error of the acousto-optic modulator. Numerical simulation results and experimental results make it clear that the dynamic instability of the intermediate frequency signals leads to cumulative errors, which will spiral upward. An improved arctangent algorithm for the heterodyne detection is proposed to eliminate the cumulative errors and harmonic components. Depending on the narrow-band filter, our experiments were performed to realize the detectable displacement of 20 nm at a detection distance of 20 m. The aim of this paper is the demonstration of the optimized arctangent algorithm as a powerful approach to the demodulation algorithm, which will advance the signal-to-noise ratio and measurement accuracy of the heterodyne detection system.     

基于时频差的正交容积卡尔曼滤波跟踪算法

针对基于时频差测量的无源跟踪中面临的非线性估计问题, 提出一种正交容积卡尔曼滤波跟踪算法. 该算法在容积卡尔曼滤波算法的基础上, 通过引入特定正交矩阵改进容积采样方法, 在高维状态估计下减小因采样产生的误差, 在没有增加计算量的前提下, 有效提高收敛速度及跟踪精度. 仿真结果表明, 在基于到达时差和到达频差的联合无源跟踪问题中, 与扩展卡尔曼滤波及容积卡尔曼滤波算法相比, 本文所提算法在跟踪性能上有明显提升.     

光纤光栅传感信号解调技术研究进展

光纤光栅传感器是一种新型传感器,有着非常广泛的应用前景。限制光纤光栅传感器大量实际应用的主要障碍是传感信号解调,因而,光纤光栅传感信号解调是光纤光栅传感器应用的关键技术之一。本文对现有已报道的光纤光栅传感信号的解调方法进行综述,并归类为:边缘滤波法、匹配滤波法、可调谐滤波法、光源波长可调谐扫描法、射频探测法、光栅啁啾法、CCD分光仪法、干涉法。对各种方法的原理及相关改进方法进行了阐述,并对其优缺点做了比较分析,最后,对光纤光栅传感信号的解调技术发展进行了展望。