[發明專利]一種改進的PGC調制解調檢測方法

有效

• 申請號: 201710941759.3
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN108007550B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 高曉文;葉博;張自麗
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發明公開了一種改進的PGC調制解調檢測方法，步驟如下：光光纖水聽器的輸出信號經混頻、低通濾波后，利用數學解算得到調制深度C的第一類1階Bessel函數J₁(C)和2階Bessel函數J₂(C)的比例關系：利用該比例關系對光纖水聽器的低通濾波后信號進行歸一化計算，得到兩路消除了交流項B和調制深度C影響的信號，該兩路信號再經過微分、交叉相乘、積分和高通濾波運算，最終得到所需檢測的外界聲信號。本發明的優點在于在：不改變硬件設備的條件下，利用數字方式修正了輸出信號交流項B和外加載波引入的調制深度C的漂移對外界聲信號的檢測誤差，提高光纖水聽器的信號檢測的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種光纖水聽器的信號檢測算法，主要是一種改進的PGC調制解調檢測方法。

背景技術

光纖水聽器作為干涉型光纖傳感器的一種，具有靈敏度高、體積小、重量輕、便于大規模復用、抗電磁干擾等特點，目前廣泛應用于水下軍事、石油勘探、保密監聽等領域。

干涉儀的隨機相位衰弱會導致輸出信號信噪比的隨機漲落，因此實現信號的穩定檢測是光纖水聽器走向應用的核心技術之一。光纖水聽器的信號檢測方法主要有以下幾種：有源零差檢測、閉環控制工作點檢測、鎖相檢測、3×3耦合器多相檢測、遠程匹配零差檢測和相位載波(Phase generated carrier PGC)調制解調檢測等。

有源零差檢測、閉環控制工作點檢測和鎖相檢測屬于有源檢測，需要在濕端水聽器探頭中增加壓電陶瓷環，無法實現全光檢測；3×3耦合器多相檢測、遠程匹配零差檢測和PGC調制解調檢測屬于無源檢測，濕端全光，適于遠距離傳輸及成陣。

目前，主流光纖水聽器檢測方案多采用PGC調制解調檢測技術。通過將傳感信號調制在高頻載波上，利用奇次載波和偶次載波的邊帶信號不會同時衰減至零的特點實現傳感信號的穩定檢測。此外PGC調制解調檢測技術還具有低頻噪聲低，信號處理端結構簡單的優點。

PGC調制解調檢測技術中相位載波的產生方法主要分外調制和內調制兩種。外調制通過對干涉儀中的相位調制器加載單頻正弦調制信號實現，相位調制器由纏繞在壓電陶瓷上的光纖環構成。壓電陶瓷在單頻正弦信號下周期性伸縮，引起光纖環長度的周期變化，此時，干涉儀兩臂的相位差為：

其中n為光纖纖芯折射率，λ為激光器波長，l為干涉儀兩臂臂長差，Δl_m為調制下光纖環的最大臂長差變化，ω₀為調制信號頻率。令C即為調制深度。

內調制通過可調頻光源實現，通過對激光器光源加載單頻正弦調制信號，光源光頻發生周期性變化，干涉儀兩臂的相位差為：

其中c為真空光速，ν為光源發出光的頻率，Δν_m為調制下光源的最大光頻變化，令C即為調制深度。

PGC調制解調檢測技術的實現過程如圖1所示。經過檢測得到的信號表達式為：

GHB²J₁(C)J₂(C)φ_s (16)

其中，G、H為檢測波函數的幅值，一般令G＝H，B為輸出信號交流項，與干涉儀輸入光強，干涉儀兩臂信號分光比以及兩臂信號偏振度相關，C為外加載波引入的調制深度，J₁(C)為第一類1階Bessel函數，J₂(C)為第一類2階Bessel函數，φ_s為傳感信號。式(16)經過標定去除系統參數G、H、B、C的影響，最終得到光纖水聽器的輸出信號φ_s。

但在實際系統中，除參數G、H是可控確定的，參數B、C存在漂移。引起輸出信號交流項B漂移的主要因素包括：

a.光源輸出光功率的變化；