作者单位
摘要
1 中国科学院电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院, 江苏 南京 211102
为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题,搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先,理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后,针对外调制或伴生调幅较小的情况,提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数,消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况,提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGC-EF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数,进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后,通过仿真验证了改进型算法的正确性,并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统,对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能,证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明:一定C值范围内,两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法,解调信纳比提升了11.602 dB,总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中,PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好,且解调线性度良好,准确度高。
相位生成载波解调 非线性失真 椭圆拟合 光纤法珀传感器 phase generated carrier demodulation nonlinear distortion elliptic fitting fiber optic fabry-perot sensor 
中国光学
2024, 17(2): 312
作者单位
摘要
1 安徽工程大学 电气工程学院,芜湖 241000
2 安徽工程大学 数理与金融学院,芜湖 241000
3 安徽大学 信息材料与智能感知安徽省实验室,合肥 230601
为了解决相位生成载波解调方案应用于激光测振技术时,系统中存在的非线性失真问题,提出一种改进相位生成载波解调算法。该算法采用低频、大幅值的相位调制和迭代重加权椭圆特殊拟合对两路含有非线性误差的正交信号进行校正以抑制非线性失真。其中,低频相位调制由三角波信号驱动压电换能器生成,确保小信号情况下椭圆拟合结果的准确性。迭代重加权椭圆特殊拟合可以减小离群数据的影响并避免拟合结果退化为双曲线,具有精度高、鲁棒性好和计算效率高的优点。实验结果表明改进相位生成载波解调算法可以有效抑制激光测振实验系统的非线性失真,在不同相位调制深度(0.8~3.4 rad)下解调信号的信纳比和总谐波失真稳定,对应的标准差分别为0.55 dB和0.03%。系统的响应线性度优于99.99%,动态范围可达103.9 dB @ 500 Hz,总谐波失真为1%且工作频宽为20~8 000 Hz。与传统相位生成载波解调方案相比,该算法不仅显著抑制了非线性失真,还克服了椭圆拟合算法在小信号下无法工作的缺点。
激光测振技术 相位生成载波解调算法 低频调制 迭代重加权椭圆特殊拟合 非线性失真 Laser vibration measurement technology Phase generated carrier demodulation algorithm Low frequency modulation Iteratively reweighted ellipse specific fitting Nonlinear distortions 
光子学报
2024, 53(1): 0114005
作者单位
摘要
国防科技大学气象海洋学院深海科学技术研究所,湖南 长沙 410073
相位生成载波(PGC)调制解调是干涉型光纤水听器常用的解调方法。首先,分析并建立了PGC解调系统的噪声传递模型,研究了光源强度噪声对PGC解调输出噪声的影响机理,分析了调制深度和工作点两个参数对PGC解调噪声稳定性的影响。然后,提出了一种基于3×3耦合器的多相PGC解调方案,即在传统PGC解调架构中引入3×3耦合器进行多相检测,利用3×3耦合器的相移特性对三路干涉信号进行融合处理。在不同的调制深度条件下,该方案可以降低水听器工作点变化所引起的光源强度噪声传递系数波动范围。实验结果显示,在常用的调制深度范围(1.7~3.4)内,工作点变化导致的噪声传递系数波动峰谷值小于0.5 dB,噪声稳定性相比传统PGC解调系统显著提升。
干涉型光纤水听器 相位生成载波解调 噪声稳定性 3×3解调 
光学学报
2024, 44(2): 0207001
徐烨 1,2刘涵洁 1,2潘震 1,2汪立雄 1,3[ ... ]周次明 1
作者单位
摘要
1 武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
3 武汉理工大学机电工程学院, 湖北 武汉 430070
海洋温度监测对于研究和保护海洋生态环境具有重要价值, 在防止海洋自然灾害的发生方面有着极重要的实际意义。传统的电传感器远距离供电难, 且难以满足大规模传感网络的复用需求。基于弱光纤光栅阵列的干涉式传感系统平台, 提出了运用相位生成载波(Phase Generated Carrier, PGC)算法解调温度信号的干涉式高精度温度传感方法。在26.00~30.00 ℃的范围内连续升温测量, 温度相位灵敏度为1 132.6 rad/℃, 皮尔逊平方相关系数R2为0.999 3, 理论上温度灵敏度可以达到0.000 1 ℃。结果表明, 将常规用来解调动态信号的方法应用到温度这种准静态信号的解调中, 能实现高灵敏度探测, 在海洋温度监测应用中有较好的应用潜力。
光纤传感 弱光纤光栅阵列 温度测量 相位生成载波 干涉仪 optical fiber sensing weak fiber grating array temperature measurement phase generated carrier interferometer 
光学与光电技术
2023, 21(5): 24
作者单位
摘要
1 西南石油大学机电工程学院石油天然气装备教育部重点实验室,四川 成都 610500
2 成都工业学院智能制造学院,四川 成都 611730
针对载波外调制过程中引入的调制深度偏移以及载波相位延迟等因素对光纤地震计解调结果的影响,提出一种多级正交信号融合计算方法,综合考虑三级倍频载波以及三级贝塞尔函数对解调效果的影响,并在此基础上计算载波相位延迟θ和相位调制深度C,实现对解调结果的误差补偿。实验结果表明:多级正交信号融合计算方法改善了表征解调结果非线性失真程度的总谐波失真,解调结果改善后总谐波失真达到-90 dB,同时解调结果信纳比达到84 dB,综合二者可看出所提算法对相位延迟θ和调制深度C具有强鲁棒性;所提算法解调结果可达到0.88 μrad/Hz的本底噪声水平;所提算法解调结果相位延迟稳定在0°左右,与其他算法的结果相比,所提多级正交信号融合计算方法对于信号解调具有更好的实时性。
光纤光学 光纤振动传感 相位生成载波 相位解调 相位延迟 调制深度 
光学学报
2023, 43(22): 2206005
作者单位
摘要
长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
针对采用马赫-曾德尔(M-Z)干涉结构在低频信号解调时存在静态工作点不稳定和信号失真等问题, 提出了一种基于M-Z干涉结构的低频信号解调方法。对干涉型检波系统相位调制的同时进行相位补偿, 并对通过引入直流滤波器对传统相位生成载波方法进行了改进, 应用软件仿真确定了最佳调制深度, 搭建解调系统进行了低频声波信号的频率与幅度测试实验。实验结果表明: 该方法可以成功解调出幅度为2.5 rad、频率为0.1 Hz的低频信号, 20 Hz的信号频率的线性度高达0.9995。
干涉型光纤检波器 相位生成载波 低频信号解调 外调制 interferometric fiber detector, phase generated ca 
光通信技术
2022, 46(4): 94
孙抗 1,2何梦阳 1,*韩毓 1
作者单位
摘要
1 河南理工大学 电气工程与自动化学院,河南 焦作 454003
2 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室,河南 焦作 454003
针对相位生成载波解调算法严重依赖于调制深度,解调准确性和稳定性不高的问题,在传统PGC-Arctan算法框架中引入微分自相除运算环节,消除两路混频信号中调制深度的影响,再将两路信号进行相除得到包含相位信息正切平方项的信号,最后通过开方和反正切运算实现振动信号的解调。对不同调制深度和不同信噪比的信号解调仿真结果表明,该算法能够消除调制深度的不利影响,相比于其他常见的算法具有更好的解调效果。搭建实验平台进一步对仿真结果进行验证,实验数据表明,在不同的调制深度下,该算法的幅值误差最小为0.105%,总谐波失真最小为0.068%。此外,算法动态范围最高可达62.5 dB。综合分析结果验证了该算法能够有效地抑制调制深度影响,体现了其良好的稳定性和抗噪性,在高性能光纤振动传感系统中具有良好的应用前景。
相位生成载波 光纤振动传感器 相位调制深度 总谐波失真 Phase generated carrier Optical fiber vibration sensor Phase modulation depth Total harmonic distortion 
光子学报
2022, 51(6): 0606003
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610064
传统相位生成载波(PGC)技术采用了载波多倍频混频方案,从而导致解调过程采样率高、计算时间长。针对这一问题,从语音信号的频谱特征出发,对信号混频方法进行改进。将光电探测器采集并转换后的信号分别与载波的正弦项和余弦项进行混频,在混频信号经过带通滤波器滤波后,分别采用反正切和微分交叉相乘处理的方式来进行解调。对一个简单正弦信号进行解调对比后发现,改进后的解调方法比传统方法所需的采样率更低、计算时间更短。虽然微分交叉相乘法信号处理速度比反正切法更快,但是反正切法的解调效果和抗噪性更好。对实际语音信号进行解调的结果表明,反正切法具有较好的解调效果。
信号处理 激光外差语音探测 相位生成载波解调 语音信号 信噪比 抗噪性 
光学学报
2022, 42(16): 1607001
作者单位
摘要
1 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
针对光源调制引起的伴生调幅和相位偏移,直流光强、交流光强和调制深度的漂移以及载波相位延迟等因素对干涉型光纤水听器相位生成载波(PGC)解调结果的影响,本文提出了一种同时适用于PGC内调制和外调制的基于扩展卡尔曼滤波(EKF)参数估计的PGC解调方法(PGC-EKF方法)。结合考虑非线性因素影响的PGC解调模型,对传统的PGC解调过程进行改进,并引入基于EKF的椭圆拟合算法对该模型中的各未知参数进行估计;改进了现有任意椭圆一般方程的系数与其对应参数方程中参数的关系式的推导过程,修正了现有推导结果中错误的部分,简化了现有推导结果,并结合本文所用模型特点进行了进一步的推导。对PGC-EKF进行实验验证,结果表明,相比传统的PGC-Atan解调方法,本文提出的PGC-EKF方法将解调结果的信噪比提高了8.84 dB,总谐波失真降低了19.25 dB,信噪谐波比提高了17.16 dB,系统性能有了明显提升。实验结果说明PGC-EKF方法能够比较有效地解调出待测信号,并抑制上述因素引起的波形失真和交流干扰。
测量 干涉型光纤水听器 相位生成载波 扩展卡尔曼滤波 椭圆参数估计 
中国激光
2022, 49(17): 1709001
作者单位
摘要
1 西安石油大学 陕西省油气井测控技术重点实验室, 西安710065
2 西北大学 物理学院, 西安 710127
为了消除光强扰动和相位调制深度对相位生成载波(PGC)解调的影响, 提出一种基于混频滤波、相除和差分的相位解调算法--PGC解调改进算法。该算法通过滤波和微分两两相除以及差分、积分运算, 使得解调信号不含任何变量。对PGC解调改进算法进行了理论分析和推导, 利用Labview平台构建仿真模型, 验证了该算法相对于传统解调算法的优势, 搭建了基于迈克尔逊干涉的解调系统并进行实验验证。实验结果表明: 在不同的相位调制深度情况下, PGC解调改进算法解调出的待测信号不会产生谐波失真;在不同光强的情况下, 解调出的信号幅度保持一致。
相位生成载波 相位调制深度 消除光强扰动 迈克尔逊干涉仪 解调算法 phase generated carrier, phase modulation depth, e 
光通信技术
2022, 46(3): 38

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