[发明专利]双频激光信号处理板卡测量通道间一种实时相位延迟补偿方法

说明书

本发明公开了一种双频激光信号处理板卡测量通道间一种实时相位延迟补偿方法，双频激光干涉系统信号处理板卡中在模数转换器转换后转换为数字信号，对数字信号同时进行一阶正交下的混频以及低通滤波，用反正切运算模块从而计算出变频状态下的相位延迟，后再利用FPGA内部的数字频率合成器与原始测量信号进行混频及低通滤波，从而消除变频状态下不同测量信号间的相位延迟。本发明方法可以对变频状态下的信号进行实时相位延迟补偿，避免了变频状态下相位延迟无法实时补偿的问题；计算中运用了三角函数的性质，从而消除相位延迟所带来的影响，消除了相位延迟带来的非线性误差，提高了相位测量精度，消除了相位延迟带来的非线性误差，提高了相位测量精度。

技术领域

本发明属于激光干涉测量技术领域的一种相位解调补偿优化方法，是一种正弦相位解调法中相位延迟补偿方法，实时对相位延迟进行补偿。

背景技术

纳米测量技术中，为了有着更高的位移测量精度，对相位解调精度有着较为高的要求。而在相位解调过程中由于光路、电路传输和光检测等引起的时延Δt，从而会引入相位延迟θ，由于相位延迟的产生，会直接影响到能否正确相位解调的值，所以在进行精密位移测量时，一般都为定频状态下对该频率下的相位延迟进行补偿。在实际中，频率为一变化量，对定频状态下的相位延迟进行补偿并不能达到理想的效果，当相位延迟偏离零时，将会出现非线性误差，这限制了测相精度的提高。从而对变频状态下的相位延迟进行实时补偿是纳米位移测量精度需要解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种双频激光信号处理板卡测量通道间一种实时相位延迟补偿方法，本发明可以对变频状态下的相位延迟进行实时补偿，解决了变频状态下相位延迟无法实时补偿的问题，提高了相位测量精度。

本发明解决上述问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1、双频激光干涉系统信号处理办卡设计有四条信号通道，一条作为参考信号输入通道，三条为测量信号输入通道，每条通道内含有相同的光电转换电路、进行信号滤波与自动增益补偿的信号调理电路以及高速ADC采样电路，但由于光路、电路等因素的影响，导致不同测量通道间产生时间延迟Δt，从而导致不同测量通道之间产生相位延迟θ，以第一测量通道为基准，两测量通道信号如下：

其中A_m1、A_m2表示数字干涉信号的幅值，f₁、f₂为两激光的频率，f′激光器含有的频率不确定度，Δf为多普勒频移，θ＝2π(f₁-f₂+Δf+f′)Δt，表示两通道间的相位延迟，方便起见用ω＝2π(f₁-f₂+Δf+f′)，则两测量通道信号改为：

步骤2、通过测频模块得出两测量通道频率ω＝2π(f₁-f₂+Δf+f′)，利用FPGA内置的数字信号频率合成器(DDS)生成两正交信号f_sin、f_cos，具体信号如下：

f_sin＝sin(ωt)

f_cos＝cos(ωt)

步骤3、f_m2在FPGA内部分别与FPGA生成的正交信号f_sin、f_cos相乘进行混频运算，获得f_m2sin、f_m2cos，具体公式如下：

从而进一步的对相位延迟进行补偿，来消除相位延迟对相位测量的影响，其特征在于方法进一步包括：