[发明专利]基于迭代计算的PGC相位解调误差实时补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代计算的PGC相位解调误差实时补偿方法。将干涉信号与本地参考信号进行相乘与低通滤波处理获得一对正交信号，将该正交信号输入到基于迭代计算的修正系数计算模块，在该模块内通过正交信号计算平方向量并进一步计算预测误差以及增益矩阵，然后对正交信号的幅值进行预测，经多次迭代计算后求得正交信号的幅值修正系数，通过除法器运用幅值修正系数将正交信号的幅值修正为1，对修正后的正交信号进行反正切运算求得待测相位。本发明解决了PGC相位解调中载波相位延迟、调制深度引起的非线性误差难以实时补偿的问题，具有实时性高的优点，广泛应用于正弦相位调制干涉测量技术领域。

技术领域

本发明属于激光干涉测量技术领域，尤其是一种基于迭代计算的PGC相位解调误差实时补偿方法。

背景技术

相位生成载波(PGC)调制解调技术具有灵敏度高、动态范围大、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于干涉型光纤传感器、光学反馈干涉仪等激光干涉测量系统。在PGC相位解调技术中，通常将干涉信号与本地参考信号相乘并经低通滤波处理后得到一对正交信号，进一步采用微分交叉相乘(PGC-DCM)或反正切(PGC-Arctan)运算获得待测相位。其中PGC-DCM算法容易受干涉信号幅值波动、干涉条纹对比度变化、载波相位延迟和调制深度的影响，存在线性误差；PGC-Arctan算法对此做了一定改进，消除了干涉信号幅值波动和干涉条纹对比度变化的影响，但是仍然会受载波相位延迟、调制深度的影响，导致正交信号幅值不相等，从而引入非线性误差。因此，正交信号的幅值的实时计算与修正是补偿PGC相位解调非线性误差与提高测量精度的关键技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种基于迭代计算的PGC相位解调误差的实时补偿方法，本发明解决了载波相位延迟、调制深度引起的非线性误差难以同时实时补偿的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

一、一种基于迭代计算的PGC相位解调误差实时补偿系统：

包括频率综合器、第一乘法器、第一低通滤波器、基于迭代计算的修正系数计算模块、第一除法器、第二乘法器、第二低通滤波器、第二除法器和反正切运算器；干涉信号输入到至第一乘法器和第二乘法器的输入端，频率综合器的两个输出端分别连接至第一乘法器和第二乘法器的输入端，第一乘法器的输出端连接至第一低通滤波器的输入端，第二乘法器的输出端连接至第二低通滤波器的输入端，第一低通滤波器的输出端分别连接至基于迭代计算的修正系数计算模块的输入端和第一除法器的输入端，第二低通滤波器的输出端分别连接至基于迭代计算的修正系数计算模块的输入端和第一除法器的输入端，基于迭代计算的修正系数计算模块的两个输出端分别连接至第一除法器和第二除法器的输入端，第一除法器和第二除法器的输出端分别连接至反正切运算器的输入端，反正切运算器输出待测相位。

所述的基于迭代计算的修正系数计算模块包括平方向量计算模块、预测误差计算模块、增益矩阵计算模块、参数向量预测值计算模块、幅值修正系数计算模块；第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端连接到平方向量计算模块的输入端，平方向量计算模块的输出端分别连接到预测误差计算模块、增益矩阵计算模块和参数向量预测值计算模块的输入端，预测误差计算模块和增益矩阵计算模块的输出端连接到参数向量预测值计算模块的输入端，参数向量预测值计算模块的输出端反馈连接到参预测误差计算模块的输入端并连接到幅值修正系数计算模块的输入端，幅值修正系数计算模块连接到第一除法器和第一除法器。

二、一种基于迭代计算的PGC相位解调误差实时补偿方法：

步骤1)干涉信号经模数转换后进入现场可编程逻辑门阵列信号处理器(FPGA)，与频率综合器产生的本地参考信号经乘法器相乘并经低通滤波器低通滤波处理，计算获得一对包含待测相位的正交信号P和Q：

A＝RJ₁(m)cosθ