[發(fā)明專利]一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710186676.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN106850076A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常天英;王忠民;崔洪亮;陳建冬;高文智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/548
• 分類號(hào): H04B10/548;H04B10/556;H04L27/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

1.一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)方法，所采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)裝置是由模擬解調(diào)、數(shù)字補(bǔ)償和數(shù)字解調(diào)模塊組成：

所述模擬解調(diào)模塊是使用模擬電路實(shí)現(xiàn)干涉信號(hào)與一倍頻載波和二倍頻載波的混頻，以及使用6階貝塞爾低通濾波器，將高頻干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為濾除載波及高次諧波后的低頻信號(hào)；

所述數(shù)字補(bǔ)償模塊是由數(shù)據(jù)采集卡、失調(diào)補(bǔ)償單元和相位補(bǔ)償單元組成，數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)模擬解調(diào)輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到2路低頻數(shù)字信號(hào)；失調(diào)補(bǔ)償單元調(diào)節(jié)2路數(shù)字信號(hào)的直流偏置量，消除模擬解調(diào)引入的失調(diào)量；相位補(bǔ)償單元調(diào)節(jié)2路數(shù)字信號(hào)的相位，消除模擬解調(diào)模塊引入的相位噪聲；

所述數(shù)字解調(diào)模塊是使用微分交叉相乘單元、減法單元、積分單元和高通濾波單元，將2路低頻信號(hào)解調(diào)為被測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字相位生成載波解調(diào)；

其特征在于：包括以下步驟：

第1步：干涉信號(hào)分別與一倍頻載波信號(hào)和二倍頻載波信號(hào)混頻并進(jìn)行低通濾波，

干涉信號(hào)可以表示為：

其中，I表示干涉信號(hào)的光強(qiáng)；A是直流項(xiàng)，為常數(shù)；B是交流項(xiàng)幅度，為常數(shù)；Ccos(ω_Ct)是相位調(diào)制信號(hào)，C和ω_C分別是調(diào)制信號(hào)的幅度和頻率，均為常數(shù)，t表示時(shí)間；是被測(cè)信號(hào)作用在干涉儀上產(chǎn)生的相位差；φ₀表示外界環(huán)境影響產(chǎn)生的相位差、初始相位差以及其他因素產(chǎn)生的相位差之和；

一倍頻載波信號(hào)和二倍頻載波信號(hào)分別為Gcos(ω_Ct)和Hcos(2ω_Ct)，其中，G和H是倍頻信號(hào)的幅度，為常數(shù)，

混頻并進(jìn)行低通濾波后信號(hào)為：

其中，I₁表示干涉信號(hào)與一倍頻載波信號(hào)混頻并進(jìn)行低通濾波后的信號(hào)，即第一路信號(hào)；I₂表示干涉信號(hào)與二倍頻載波信號(hào)混頻并進(jìn)行低通濾波后的信號(hào)，即第二路信號(hào)；J₁(C)和J₂(C)是貝塞爾函數(shù)展開式的系數(shù)，為常數(shù)；k₁和k₂表示模擬解調(diào)引入的失調(diào)電壓，均為常數(shù)；和表示模擬解調(diào)引入的相位噪聲，均為常數(shù)；

第2步：數(shù)字補(bǔ)償

本發(fā)明涉及的數(shù)字補(bǔ)償通過失調(diào)補(bǔ)償單元和相位補(bǔ)償單元對(duì)由模擬解調(diào)造成的失調(diào)量和相位噪聲進(jìn)行補(bǔ)償，得到

其中，I_O1表示第一路信號(hào)消除模擬解調(diào)引入的失調(diào)量和相位噪聲后的信號(hào)；I_O2表示第二路信號(hào)消除模擬解調(diào)引入的失調(diào)量和相位噪聲后的信號(hào)；

第3步：消除隨機(jī)相位衰落

式(4)和式(5)經(jīng)過微分交叉相乘，得到

其中，I_DCM1表示第一路信號(hào)經(jīng)過微分交叉相乘后的信號(hào)；I_DCM2表示第二路信號(hào)經(jīng)過微分交叉相乘后的信號(hào)；表示的微分；

式(7)-式(6)，得到

其中，V′表示兩路微分交叉相乘后的信號(hào)相減的結(jié)果；

第4步：被測(cè)信號(hào)還原

對(duì)式(8)進(jìn)行積分，得到

其中，V表示對(duì)相減后信號(hào)積分的結(jié)果；M為積分常數(shù)；

對(duì)式(9)進(jìn)行高通濾波，得到被測(cè)信號(hào)

其中，S表示高通濾波后得到的最終解調(diào)信號(hào)；

所述失調(diào)補(bǔ)償單元，具體的實(shí)現(xiàn)方法為：

過程1：使用幅度為1V、頻率在被測(cè)信號(hào)頻率范圍內(nèi)的單頻余弦信號(hào)代替干涉信號(hào)輸入到模擬解調(diào)，該信號(hào)可以表示為：

I＝cos(ωt)????????(11)

其中，I表示模擬的干涉信號(hào)；ω表示信號(hào)角頻率，可選取為被測(cè)信號(hào)頻率范圍內(nèi)的任意數(shù)值；t表示時(shí)間；

幅度為1V的一倍頻載波信號(hào)和二倍頻載波信號(hào)同時(shí)輸入到模擬解調(diào)，信號(hào)分別表示為cos(ω_ct)和cos(2ω_ct)，ω_c是載波頻率，為常數(shù)；

經(jīng)過模擬解調(diào)后信號(hào)變?yōu)?/p>

其中，I₁表示第一路模擬解調(diào)后的信號(hào)；I₂表示第二路模擬解調(diào)后的信號(hào)；k₁、k₂表示模擬解調(diào)引入的失調(diào)電壓，均為常數(shù)；表示模擬解調(diào)引入的相位噪聲，均為常數(shù)；

過程2：首先設(shè)置失調(diào)補(bǔ)償單元的2個(gè)加法器的變量為a₁、a₂，則式(12)、(13)變?yōu)?/p>

其中，I₁′表示第一路模擬解調(diào)后經(jīng)過加法器的信號(hào)；I₂′表示第二路模擬解調(diào)后經(jīng)過加法器的信號(hào)；

過程3：經(jīng)過低通濾波后，式(14)、(15)變?yōu)?/p>

I₁″＝k₁+a₁????????(16)

I₂″＝k₂+a₂???????(17)

其中，I₁″表示第一路經(jīng)過低通濾波的信號(hào)；I₂″表示第二路經(jīng)過低通濾波的信號(hào)；

過程4：控制器根據(jù)低通濾波后的數(shù)值，調(diào)節(jié)2個(gè)加法器的變量，直到使式(16)、(17)為0；

過程5：保持加法器數(shù)值不變，接入干涉信號(hào)和載波信號(hào)到模擬解調(diào)，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行相位解調(diào)，此時(shí)失調(diào)補(bǔ)償單位消除了前級(jí)模擬解調(diào)引入的失調(diào)量；

所述相位補(bǔ)償單元，具體實(shí)現(xiàn)方法為：

過程1：使用幅度為1V、頻率在被測(cè)信號(hào)頻率范圍內(nèi)的單頻余弦信號(hào)代替干涉信號(hào)輸入到模擬解調(diào)，該信號(hào)可以用式(11)表示，

幅度為1V的一倍頻載波信號(hào)和二倍頻載波信號(hào)同時(shí)輸入到模擬解調(diào)，經(jīng)過模擬解調(diào)后變?yōu)槭?12)、(13)；

經(jīng)過失調(diào)補(bǔ)償單元后信號(hào)變?yōu)?/p>

其中，I_1OS表示第一路失調(diào)補(bǔ)償后的信號(hào)；I_2OS表示第二路失調(diào)補(bǔ)償后的信號(hào)；

過程2：設(shè)置相位補(bǔ)償單元的2個(gè)延遲器的變量為τ₁、τ₂，則式(18)、(19)變?yōu)?/p>

其中，I_1OS′表示第一路經(jīng)過延遲器的信號(hào)；I_2OS′表示第二路經(jīng)過延遲器的信號(hào)；

過程3：經(jīng)過乘法器，變?yōu)?/p>

其中，I_mul表示兩路經(jīng)過延遲器的信號(hào)相乘的結(jié)果；

過程4：經(jīng)過低通濾波，變?yōu)?/p>

其中，I_mul′表示I_mul經(jīng)過低通濾波后的信號(hào)；

過程5：控制器根據(jù)低通濾波后的數(shù)值，調(diào)節(jié)2個(gè)延遲器的變量，直到使式(23)為0；

過程6：保持延遲器數(shù)值不變，接入干涉信號(hào)和載波信號(hào)到模擬解調(diào)，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行相位解調(diào)，此時(shí)相位補(bǔ)償單位消除了前級(jí)模擬解調(diào)引入的相位噪聲。