[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

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

一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)方法，所用裝置由模擬解調(diào)、數(shù)字補(bǔ)償和數(shù)字解調(diào)模塊組成，所述方法包括干涉信號分別與一倍頻載波信號和二倍頻載波信號混頻并進(jìn)行低通濾波、數(shù)字補(bǔ)償、消除隨機(jī)相位衰落、被測信號還原等四個步驟。本發(fā)明與現(xiàn)有數(shù)字解調(diào)方法相比，可以顯著減少解調(diào)響應(yīng)時間；去除了現(xiàn)有數(shù)字解調(diào)中的混頻算法和低通濾波算法，降低了算法復(fù)雜度；提高了解調(diào)精度；解決了動態(tài)范圍受到現(xiàn)有數(shù)字解調(diào)方法限制的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于相位生成載波解調(diào)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

干涉型光纖傳感系統(tǒng)通過檢測光纖中傳播的光信號的相位變化測量被測對象，因此相位解調(diào)方法至關(guān)重要。目前常用的方法主要有主動零差解調(diào)法、合成外差解調(diào)法、偽外差解調(diào)法和相位生成載波(PGC)解調(diào)法。

相位生成載波(PGC)解調(diào)方法采用不平衡干涉儀，通過對光信號的頻率進(jìn)行高頻調(diào)制，從而在干涉儀中引入遠(yuǎn)離被測信號頻帶的某一固定頻率的大幅度相位調(diào)制信號，使被測信號成為調(diào)制信號的邊帶，然后利用相關(guān)檢測和微分交叉相乘(DCM)算法分離干涉儀輸出的被測信號和低頻帶外噪聲，再通過積分器和高通濾波器得到穩(wěn)定的被測信號。

目前，PGC解調(diào)方法可以分為模擬解調(diào)和數(shù)字解調(diào)。模擬解調(diào)使用模擬電路實現(xiàn)解調(diào)算法。具體的講，就是通過運算放大器搭配不同的無源器件結(jié)構(gòu)構(gòu)成混頻器、低通濾波器、微分器、乘法器、減法器、積分器、高通濾波器等解調(diào)單元，實現(xiàn)對干涉信號的相位解調(diào)。但是，PGC解調(diào)方法對模擬電路的對稱性要求極高，否則干涉信號分別與一倍頻載波和二倍頻載波混頻得到的兩路信號會引入額外的相位噪聲，影響解調(diào)精度。數(shù)字解調(diào)使用數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)解調(diào)方法。首先通過數(shù)據(jù)采集卡將干涉信號和調(diào)制信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字化信息，再通過解調(diào)方法實現(xiàn)的一系列數(shù)字解調(diào)單元，得到干涉信號的相位信息。數(shù)字解調(diào)雖然在體積、功耗、靈活性等方面都有模擬解調(diào)難以企及的優(yōu)點，但是由于干涉信號的頻帶一般比較高，同時為了盡可能多的保留諧波信息，要求數(shù)據(jù)采集的采樣率非常高，通常達(dá)到100MHz以上，由此帶來的海量數(shù)據(jù)處理問題提高了解調(diào)復(fù)雜度，增加了解調(diào)響應(yīng)時間。另外，要提高PGC解調(diào)方法的動態(tài)范圍，就要提高調(diào)制信號頻率，即載波頻率。在數(shù)字解調(diào)方法中，需要相應(yīng)的提高采樣率，從而進(jìn)一步惡化了復(fù)雜度和響應(yīng)時間，并且動態(tài)范圍受到數(shù)字解調(diào)方法本質(zhì)的限制，不可能達(dá)到很高的水平。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對傳統(tǒng)數(shù)字解調(diào)方法存在的響應(yīng)時間長、動態(tài)范圍低、算法復(fù)雜度高等問題，同時避免采用全模擬解調(diào)帶來的額外噪聲，提出一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波(PGC)解調(diào)方法及裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：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，其特征在于所述裝置由模擬解調(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現(xiàn)干涉信號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，將高頻干涉信號轉(zhuǎn)換為濾除載波及高次諧波后的低頻信號；

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；失調(diào)補(bǔ)償單元調(diào)節(jié)2路數(shù)字信號的直流偏置量，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)字信號的相位，消除模擬解調(diào)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(DCM)單元、減法單元、積分單元和高通濾波單元，將2路低頻信號解調(diào)為被測信號，實現(xiàn)數(shù)字相位生成載波解調(diào)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是：

所述模擬解調(diào)模塊包括雙通道的混頻器和6階貝塞爾低通濾波器，每一個通道的混頻器和6階貝塞爾低通濾波器依次連接，模擬解調(diào)模塊的輸入包括干涉信號、一倍頻載波和二倍頻載波，模擬解調(diào)的輸出連接到數(shù)字補(bǔ)償?shù)妮斎搿?/p>

所述數(shù)字補(bǔ)償模塊包括數(shù)據(jù)采集卡、失調(diào)補(bǔ)償單元和相位補(bǔ)償單元，數(shù)據(jù)采集卡、失調(diào)補(bǔ)償單元和相位補(bǔ)償單元均是雙通道，每個通道依次順序連接，數(shù)字補(bǔ)償?shù)妮斎肱c模擬解調(diào)的輸出連接，數(shù)字補(bǔ)償?shù)妮敵雠c數(shù)字解調(diào)的輸入連接。