[发明专利]一种改进的PGC调制解调检测方法

说明书

本发明公开了一种改进的PGC调制解调检测方法，步骤如下：光光纤水听器的输出信号经混频、低通滤波后，利用数学解算得到调制深度C的第一类1阶Bessel函数J₁(C)和2阶Bessel函数J₂(C)的比例关系：利用该比例关系对光纤水听器的低通滤波后信号进行归一化计算，得到两路消除了交流项B和调制深度C影响的信号，该两路信号再经过微分、交叉相乘、积分和高通滤波运算，最终得到所需检测的外界声信号。本发明的优点在于在：不改变硬件设备的条件下，利用数字方式修正了输出信号交流项B和外加载波引入的调制深度C的漂移对外界声信号的检测误差，提高光纤水听器的信号检测的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种光纤水听器的信号检测算法，主要是一种改进的PGC调制解调检测方法。

背景技术

光纤水听器作为干涉型光纤传感器的一种，具有灵敏度高、体积小、重量轻、便于大规模复用、抗电磁干扰等特点，目前广泛应用于水下军事、石油勘探、保密监听等领域。

干涉仪的随机相位衰弱会导致输出信号信噪比的随机涨落，因此实现信号的稳定检测是光纤水听器走向应用的核心技术之一。光纤水听器的信号检测方法主要有以下几种：有源零差检测、闭环控制工作点检测、锁相检测、3×3耦合器多相检测、远程匹配零差检测和相位载波(Phase generated carrier PGC)调制解调检测等。

有源零差检测、闭环控制工作点检测和锁相检测属于有源检测，需要在湿端水听器探头中增加压电陶瓷环，无法实现全光检测；3×3耦合器多相检测、远程匹配零差检测和PGC调制解调检测属于无源检测，湿端全光，适于远距离传输及成阵。

目前，主流光纤水听器检测方案多采用PGC调制解调检测技术。通过将传感信号调制在高频载波上，利用奇次载波和偶次载波的边带信号不会同时衰减至零的特点实现传感信号的稳定检测。此外PGC调制解调检测技术还具有低频噪声低，信号处理端结构简单的优点。

PGC调制解调检测技术中相位载波的产生方法主要分外调制和内调制两种。外调制通过对干涉仪中的相位调制器加载单频正弦调制信号实现，相位调制器由缠绕在压电陶瓷上的光纤环构成。压电陶瓷在单频正弦信号下周期性伸缩，引起光纤环长度的周期变化，此时，干涉仪两臂的相位差为：

其中n为光纤纤芯折射率，λ为激光器波长，l为干涉仪两臂臂长差，Δl_m为调制下光纤环的最大臂长差变化，ω₀为调制信号频率。令C即为调制深度。

内调制通过可调频光源实现，通过对激光器光源加载单频正弦调制信号，光源光频发生周期性变化，干涉仪两臂的相位差为：

其中c为真空光速，ν为光源发出光的频率，Δν_m为调制下光源的最大光频变化，令C即为调制深度。

PGC调制解调检测技术的实现过程如图1所示。经过检测得到的信号表达式为：

GHB²J₁(C)J₂(C)φ_s (16)

其中，G、H为检测波函数的幅值，一般令G＝H，B为输出信号交流项，与干涉仪输入光强，干涉仪两臂信号分光比以及两臂信号偏振度相关，C为外加载波引入的调制深度，J₁(C)为第一类1阶Bessel函数，J₂(C)为第一类2阶Bessel函数，φ_s为传感信号。式(16)经过标定去除系统参数G、H、B、C的影响，最终得到光纤水听器的输出信号φ_s。

但在实际系统中，除参数G、H是可控确定的，参数B、C存在漂移。引起输出信号交流项B漂移的主要因素包括：

a.光源输出光功率的变化；