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专利号: 202010396826X
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法,其特征在于:(1)对正弦相位调制干涉仪中的电光相位调制器施加包含高频正弦调制信号和低频正弦扫描信号的复合调制信号,实现对干涉信号相位的复合调制;

(2)通过带通滤波器滤除正弦相位调制干涉仪输出的复合相位调制干涉信号中的直流成分和高频噪声,然后对复合相位调制干涉信号进行模数采样得到正弦相位调制数字干涉信号S(t),表达式如下:

其中,A为正弦相位调制数字干涉信号的幅值,m为相位调制深度,J0(m)为零阶第一类贝塞尔函数,J2n(m)和J2n‑1(m)分别为偶数阶和奇数阶第一类贝塞尔函数,n表示阶数,ωc为高频正弦调制信号的角频率,θ为载波相位延迟,t表示时间, 表示正弦相位调制数字干涉信号的复合相位;

相位 包含t时刻正弦相位调制干涉仪中的待测相位和扫描相位,公式如下:其中, 为低频正弦扫描相位, 为待测相位,B为扫描相位的幅值,ωs为扫描相位的角频率;

(3)数字频率合成器(1、18)产生的一阶参考信号(cosωct,sinωct)及二阶参考信号(cos2ωct,sin2ωct)分别与正弦相位调制数字干涉信号S(t)相乘,并进行低通滤波,得到一阶正交幅值信号(P1,Q1)和二阶正交幅值信号(P2,Q2),公式如下:其中,LPF[]表示低通滤波操作;sin(ωct)、cos(ωct)分别表示一阶参考信号的正弦分量和余弦分量,sin(2ωct)、cos(2ωct)分别表示二阶参考信号的正弦分量和余弦分量,P1,Q1分别表示一阶正交幅值信号的余弦幅值分量和正弦幅值分量,P2,Q2分别表示二阶正交幅值信号的余弦幅值分量和正弦幅值分量;

然后一阶正交幅值信号(P1,Q1)经过微分运算后得到一阶正交微分信号(DP,DQ):其中, 为复合相位 对时间t的偏微分,DP和DQ分别表示一阶正交微分信号的余弦微分分量和正弦微分分量;

(4)利用一阶正交幅值信号(P1,Q1)、一阶正交微分信号(DP,DQ)进行运算,得到载波相位延迟θc,计算公式如下:

式中,sign()表示符号函数,当括号中的数值大于等于零时,其值为1,当括号中的数值小于零时,其值为‑1;

(5)运用步骤(4)中计算得到的载波相位延迟θc、一阶正交幅值信号(P1,Q1)和二阶正交幅值信号(P2,Q2),重构出一对幅值不受载波相位延迟影响的新幅值信号(R1,R2)计算公式如下:

其中,R1和R2分别表示新幅值信号的正弦幅值分量和余弦幅值分量;

(6)对新幅值信号(R1,R2)进行四象限反正切运算,得到包裹相位 计算公式如下:(7)对包裹相位 进行相位解包裹得到连续变化的复合相位 采用长度为M的队列存储复合相位 对存储的M个数据进行求和运算,并将求和运算的结果除以M完成滑动平均运算,消除复合相位中的扫描相位,最终得到待测相位 公式如下:其中,U[]表示相位解包裹运算,∑[]表示M个数据的求和运算。

2.根据权利要求1所述的一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法,其特征在于:方法采用以下PGC相位解调系统,第一乘法器(2)、第二乘法器(3)、第三乘法器(19)和第四乘法器(20)的输入端均连接数字干涉信号S(t);第一数字频率合成器(1)的输出端分别连接至第一乘法器(2)和第二乘法器(3)的输入端,第一乘法器(2)的输出端连接至第一低通滤波器(4)的输入端,第二乘法器(3)的输出端连接至第二低通滤波器(5)的输入端;

第一低通滤波器(4)的输出端分别连接至第二平方运算器(9)的输入端、第一符号提取器(26)的输入端、第一微分运算器(6)的输入端和相位延迟补偿模块(17)的输入端,第一微分运算器(6)的输出端连接至第一平方运算器(8)的输入端;第二低通滤波器(5)的输出端连接至第三平方运算器(10)的输入端、第二符号提取器(27)的输入端、第二微分运算器(7)的输入端和相位延迟补偿模块(17)的输入端,第二微分运算器(7)的输出端连接至第四平方运算器(11)的输入端;第一平方运算器(8)的输出端和第二平方运算器(9)的输出端均连接至第一加法器(12)的输入端,第三平方运算器(10)的输出端和第四平方运算器(11)的输出端均连接至第二加法器(13)的输入端,第一加法器(12)的输出端经第一开方运算器(14)后和第一符号提取器(26)的输出端一起连接至第五乘法器(28)的输入端,第二加法器(13)的输出端经第二开方运算器(15)后和第二符号提取器(27)的输出端一起连接至第六乘法器(29)的输入端,第五乘法器(28)的输出端和第六乘法器(29)的输出端均连接至第一反正切运算器(16)的输入端;第二数字频率合成器(18)的输出端连接至第三乘法器(19)和第四乘法器(20)的输入端,第三乘法器(19)和第四乘法器(20)的输出端分别经第三低通滤波器(21)和第四低通滤波器(22)连接至相位延迟补偿模块(17)的输入端,第一反正切运算器(16)的输出端连接至相位延迟补偿模块(17)的输入端,相位延迟补偿模块(17)的两个输出端均连接至第二反正切运算器(23)的输入端,第二反正切运算器(23)输出端连接至相位解包裹处理器(24)的输入端,相位解包裹处理器(24)的输出端连接至滑动平均处理器(25)的输入端,滑动平均处理器(25)的输出端输出待测相位。

3.根据权利要求2所述的一种补偿载波相位延迟非线性误差的PGC相位解调方法,其特征在于:所述的相位延迟补偿模块具体为:第一反正切运算器(16)的输出端分别连接至一阶新幅值信号选择器(1708)的输入端、二阶新幅值信号选择器(1709)的输入端、第一正/余弦运算器(1702)的输入端,第一正/余弦运算器(1702)的两个输出端分别连接至第一除法器(1704)的输入端和第二除法器(1705)的输入端,同时第一反正切运算器(16)的输出端经倍乘器(1701)连接至第二正/余弦运算器(1703)的输入端,第二正/余弦运算器(1703)的两个输出端分别连接至第三除法器(1706)的输入端和第四除法器(1707)的输入端,第一低通滤波器(4)的输出端和第二低通滤波器(5)的输出端分别连接至第一除法器(1704)的输入端和第二除法器(1705)的输入端,第三低通滤波器(21)的输出端和第四低通滤波器(22)的输出端分别连接至第三除法器(1706)的输入端和第四除法器(1707)的输入端,第一除法器(1704)的输出端和第二除法器(1705)的输出端均连接至一阶新幅值信号选择器(1708)的输入端,第三除法器(1706)的输出端和第四除法器(1707)的输出端均连接至二阶新幅值信号选择器(1709)的输入端。