[發明專利]非對稱雙馬赫曾德傳感系統的解調方法及定位裝置

有效

• 申請號: 202010525454.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111811549B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 劉琨;劉鐵根;馬鵬飛;江俊峰;李鵬程;丁振揚;孫振世;張立旺;徐中原;安建昌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

1.一種非對稱雙馬赫曾德傳感系統的解調方法，其特征在于，所述解調方法包括：

初步處理：經過3×3耦合器干涉后的原始信號執行歸一化和去直流處理，使用高通濾波器濾除擾動事件引入的噪聲項后得到四路原始輸出信號，對獲得的原始輸出信號進行微分交叉相乘運算，再做差，獲得初步處理后的信號；

其中，經過3×3耦合器干涉后的四路探測器接收到的信號分別為IO₁(t)，IO₂(t)，IO₃(t)和IO₄(t)：

其中，A₁，A₂，A₃和A₄為直流部分，B₁，B₂，B₃和B₄為幅度系數，k₁和k₂為波數，k₁＝2π/λ₂，k₂＝2π/λ₁，λ₁和λ₂分別為光源1和光源2的中心波長，d為攜帶有擾動信息的光信號從點P達到耦合器1和耦合器的時間差，σ₁和σ₂為3×3耦合器的非對稱性引入的初始相位，e₁(t)和e₂(t)為環境輕微擾動引入的環境噪聲，n_s1(t)和n_s2(t)為光源引入的頻率噪聲，n_c1(t),n_c2(t),n_c3(t),和n_c4(t)為加性電路噪聲；

求取初始相位差：將每路光束的兩路原始輸出信號做差后分別求其最大值和最小值，利用獲取的最大值和最小值得到初始相位；

積分與歸一化處理：將初步處理后的信號進行積分運算和歸一化處理，歸一化處理獲得解調的兩路相位差信號的相位變化特征，對特征曲線E₁(t)和E₂(t)進行歸一化處理后，除了時延d，兩特征曲線的分布將保持一致，即原始信號的非對稱性被消除，從而消除原始信號的非對稱性，利用互相關算法求取擾動事件引入的相位差的相位變化特征，從而獲得時延。

2.一種非對稱雙馬赫曾德傳感系統的定位裝置，包括：

光源：兩個波長為1550nm附近窄帶寬分布式反饋激光器，兩光源波長差大于本系統所用密集波分復用器的波長間隔；

光環行器：用來將光源發出的光傳輸到待檢測物體并收集反射信號光，當光源功率較大時，可采用光纖耦合器替代；

DWDM：工作波長1500nm附近兩個商用單通道DWDM，光譜透射范圍分別只包含系統所用的一只光源的波長；

光電探測器：銦鎵砷光電探測器(PD)，接收光信號，進行光電轉換并放大；

光纖耦合器：3×3光纖耦合器，用于相位解調；

偏振控制器：調整兩路干涉信號偏振態，保證信號可見度；

傳感光纜：G.652D通信光纜，用于感知外界擾動及傳導光信號；

數據采集卡：采樣率為10MS/s雙通道數據采集卡(DAQ)，對兩個光電探測器的電壓信號進行采集，并送入計算機處理；

處理單元：包括通用計算機和嵌入式計算系統，對采集卡接收的干涉信號進行處理，最終獲取擾動信息；

其特征在于，所述處理單元進一步包括：

初步處理模塊：用于對經過3×3耦合器干涉后的原始信號執行歸一化和去直流處理，使用高通濾波器濾除擾動事件引入的噪聲項后得到四路原始輸出信號，對獲得的原始輸出信號進行微分交叉相乘運算，再做差，輸出給最大值與最小值處理模塊；所述初步處理模塊包括：

高通濾波器：用于濾除對擾動事件引入的噪聲；

歸一化和去直流處理器：用于對輸入的信號進行歸一化和去直流處理；

其中，經過3×3耦合器干涉后的四路探測器接收到的信號分別為IO₁(t)，IO₂(t)，IO₃(t)和IO₄(t)：

其中，A₁，A₂，A₃和A₄為直流部分，B₁，B₂，B₃和B₄為幅度系數，k₁和k₂為波數，k₁＝2π/λ₂，k₂＝2π/λ₁，λ₁和λ₂分別為光源1和光源2的中心波長，d為攜帶有擾動信息的光信號從點P達到耦合器1和耦合器的時間差，σ₁和σ₂為3×3耦合器的非對稱性引入的初始相位，e₁(t)和e₂(t)為環境輕微擾動引入的環境噪聲，n_s1(t)和n_s2(t)為光源引入的頻率噪聲，n_c1(t),n_c2(t),n_c3(t),和n_c4(t)為加性電路噪聲；

最大值與最小值處理模塊：用于將初步處理模塊獲得的每路光束的兩路原始輸出信號做差后分別求其最大值和最小值，利用獲取的最大值和最小值得到初始相位，并輸出給積分與歸一化處理模塊；

積分與歸一化處理模塊：用于對最大值與最小值處理模塊輸入的信號進行積分運算和歸一化處理，歸一化處理獲得解調的兩路相位差信號的相位變化特征，對特征曲線E₁(t)和E₂(t)進行歸一化處理后，除了時延d，兩特征曲線的分布將保持一致，即原始信號的非對稱性被消除，從而消除原始信號的非對稱性，利用互相關算法求取擾動事件引入的相位差的相位變化特征，從而獲得時延。