[發明專利]一種二次變頻光纖光柵諧振峰跟蹤探測系統

有效

• 申請號: 202110105072.2
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112923863B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 楊軍;張毅博;金威;鄒晨;劉志海;苑勇貴;苑立波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01D5/353;G01D5/38;G01D3/036
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種二次變頻光纖光柵諧振峰跟蹤探測系統，其特征在于：包括光源調制與驅動模塊(100)、PDH光路調制與采集模塊(110)、光纖光柵諧振腔(120)、一階下變頻模塊(130)、FPGA采集與二次變頻后處理模塊(140)，光纖光柵諧振腔(120)通過同軸線纜與一階下變頻模塊(130)進行連接；一階下變頻模塊(130)產生的中頻信號通過同軸線纜與FPGA采集與二次變頻后處理模塊(140)進行連接；FPGA采集與二次變頻后處理模塊(140)產生的反饋校正信號通過線纜與光源調制與驅動模塊(100)進行連接，提供校正信號；光源調制與驅動模塊(100)經過光纖跳線與PDH光路調制與采集模塊(110)進行連接，并為PDH光路調制與采集模塊(110)提供窄線寬單頻激光；PDH光路調制與采集模塊(110)經過光纖跳線與光纖光柵諧振腔(120)進行連接，并通過光纖環路器(114)與光電探測器PD(113)轉換為電信號；所述的一階下變頻模塊(130)包括第二射頻信號發生器(131)、模擬雙平衡混頻器(132)以及模擬抗混疊濾波器(133)；第二射頻信號發生器(131)與PDH光路調制與采集模塊(110)中第一射頻信號發生器(112)產生的調制頻率之間存在恒定頻差，且第二射頻信號發生器(131)產生的調制信號頻率小于第一射頻信號發生器(112)產生的調制信號頻率；模擬雙平衡混頻器(132)工作在交流耦合模式；模擬抗混疊濾波器(133)為低通濾波器，其通帶帶寬為第二射頻信號發生器(131)與PDH光路調制與采集模塊(110)中第一射頻信號發生器(112)產生的調制頻率之間頻差的2倍；第二射頻信號發生器(131)、模擬雙平衡混頻器(132)以及模擬抗混疊濾波器(133)之間通過同軸線纜進行連接；所述的FPGA采集與二次變頻后處理模塊(140)包括A/D采樣模塊(141)，改進COSTAS鎖相解調回路(142)、環路濾波反饋回路(143)以及D/A校正信號產生模塊(144)，A/D采樣模塊(141)工作頻帶為一階下變頻模塊(130)中模擬抗混疊濾波器(133)通帶帶寬的2倍以上，D/A校正信號產生模塊(144)工作頻帶大于或等于一階下變頻模塊(130)中模擬抗混疊濾波器(133)的通帶帶寬，改進COSTAS鎖相解調回路(142)、環路濾波反饋回路(143)為純數字模塊，由FPGA內部算法實現。

2.根據權利要求1所述的一種二次變頻光纖光柵諧振峰跟蹤探測系統，其特征在于：所述的改進COSTAS鎖相解調回路(142)包含輸入信號寄存模塊(201)，I路乘法器(202)、I路低通濾波模塊(203)、Q路乘法器(204)、Q路低通濾波模塊(205)、IQ路乘法器模塊(206)、反正切計算模塊(207)、閾值判定模塊(208)、環路濾波器模塊(209)、直接數字式頻率合成器模塊(210)，采集的輸入信號先送入輸入信號寄存模塊(201)中進行存儲；從輸入信號寄存模塊(201)中讀取的采集信號分別經由I路乘法器(202)，Q路乘法器(204)與來自直接數字式頻率合成器模塊(210)產生的數字I、Q載波信號相乘，并分別送入I路低通濾波模塊(203)，Q路低通濾波模塊(205)進行濾波處理，產生對應的I、Q信號；經過I路低通濾波模塊(203)，Q路低通濾波模塊(205)后的信號送入IQ路乘法器模塊(206)，反正切計算模塊(207)進行計算；由IQ路乘法器模塊(206)，反正切計算模塊(207)計算得到的信號再送入閾值判定模塊(208)進行處理，并將處理后的結果送入環路濾波器模塊(209)計算相位校正信息，并將得到的計算結果送入直接數字式頻率合成器模塊(210)進行計算并對產生的數字I、Q載波信號進行相位校正；最終的計算結果為I路信號(211)，并送入后部環路濾波反饋回路(143)進行進一步處理。

3.根據權利要求2所述的一種二次變頻光纖光柵諧振峰跟蹤探測系統，其特征在于：所述的閾值判定模塊(208)包括閾值判定邏輯(501)，當輸入乘積的絕對值與閾值相比，滿足小于閾值大小的條件時，輸出結果為0；當輸入乘積的絕對值與閾值相比，滿足大于等于閾值大小的條件時，輸出反正切計算結果。