图8为PGC与FPS算法融合后的动态范围拓展结果。
【具体实施方式】
[0035] 为清楚地说明本发明改进的增大动态范围保持系统稳定性的相位解调方法，结合 实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。本发明提供一 种增大动态范围、增强稳定性的光学干涉相位解调方法，信号调制模块、采集预处理模块、 相位生成载波（PGC)解算与失真分析模块、固定相移（FPS)解算与状态校正模块、PGC与 FPS算法融合模块；采集预处理模块修正干涉仪中3X3耦合器输出光强的不对称，以补偿 FPS的算法误差；PGC算法与FPS算法同时对光学干涉仪进行相位解调，并选取谐波频率失 真量作为判定条件，实现PGC和FPS解调算法的融合，实现动态范围的扩展；同时，FPS算法 对载波信号的调制幅度、频率与初始相位进行监测，用于修正系统的低频漂移，实现相位解 调稳定性的增强。本方法有效增加了系统动态范围，提高了系统长期稳定性，可广泛用于高 精度光纤测量和光纤传感等领域。
[0036] 1.系统软件启动，信号调制模块10运行，调制信号与被测信号分别被加载至光源 221与压电陶瓷环233上。光源221输出调制后的光经过隔离器222与环形器223注入到 干涉仪23中。光经过3X3耦合器231分成两束，分别经过光纤环232与压电陶瓷环233， 之后经过第一法拉第旋镜234与第二法拉第旋镜235反射在耦合器内发生干涉。此时干涉 信号通过3X3耦合器231三个端口输出，其中一个注光端口经过环形器223输出，在光电 探测模块20处转换为第一路干涉信号204第二路干涉信号205第三路干涉信号206。这三 路信号经过放大电路211后，输入到开始采集子模块102中，整个过程同步进行。
[0037] 2 -种改进的生成载波相位PGC解调方法，由信号调制模块10,采集预处理模块 11，PGC解算与失真分析模块13,FPS解算模块14,PGC与FPS算法融合模块15组成。其工 作步骤如下：
[0038] 1)系统首先启动信号调制模块10,该模块中的开始采集子模块102用于采集放大 电路211输出的干涉信号；调制输出子模块103输出的正弦波用于调制光源221，经过调制 后的光注入到干涉仪23中，其中调制频率为2kHz~50MHz，调制幅度在1~6rad范围内保 证干涉条纹稳定即可。
[0039] 2)系统第二步运行采集预处理模块11采样率根据调制频率选择在2Mbps~ 100Mbps，光电探测模块20接收到光信号同时完成光电转换，输出第一路干涉信号204、第 二路干涉信号205和第三路干涉信号206 ;这三路信号输入到放大电路211中，经过开始采 集子模块102,输出第一路采集数据111、第二路采集数据112和第三路采集数据113。
[0040] 3)采集预处理模块11的输出同时送入PGC解算与失真分析模块13与FPS解算模 块14并同时完成PGC解算与FPS解算。
[0041] 4)FPS解算模块14使用增益调节子模块114的输出完成解算，该模块输出FPS解 调结果143与校正参数142。
[0042] 5)PGC解算与失真分析模块13使用第一路采集数据111与校正参数142完成PGC 解算，输出解算结果。
[0043] 6)PGC与FPS算法融合模块15根据失真分析子模块132的输出结果，选择PGC解 调结果或者FPS解调结果作为解调结果152。
[0044] 3.所述的PGC解算与失真分析模块13,包括基本PGC模块31，谐波失真值分析模 块32,结果输出模块33。具体过程为：
[0045] 1)采集预处理模块11中的第一路采集数据111形式为PGC干涉信号，分别与基频 信号312倍频信号315同时送入第一、第二乘法器313、314，第一、第二乘法器313、314的输 出结果送入第一、第二低通滤波器316、317,其截止频率根据载波信号频率选择在IkHz~ 25MHz之间，衰减速度为-80dB至-120dB或更高。
[0046] 2)基频信号滤波结果送入谐波失真值分析模块32,第一低通滤波器316输出结 果送入傅里叶变换子模块321，其输出结果为一组频域数据。对这组数据进行两次积分，第 一积分区间322为0,《。/2-八《得到有效信号频率成分，第二积分区间323为A?，《。/2 得到失真信号频率成分，其中近似区间Aco大小根据系统调制频率co。选取一定范围在 IHz~IkHz之间。两个积分值经过第一除法器324作相除运算后得到PGC谐波失真值325。
[0047] 3)第一、第二低通滤波器316、317输出结果经过第二除法器331，得到未修正PGC 正切值332。
[0048] 4.所述的FPS解算模块14,利用三路固定相移信号完成FPS解算，具体过程为：
[0049] 1)基本FPS子模块411利用增益调节子模块114输出的三路固定相移信号进行解 调，得到解调结果包含载波信号与被测信号。
[0050] 2)基本FPS子模块411输出结果经过FPS高通滤波器421得到载波信号，载波信 号通过峰值探测子模块422得到载波信号的幅度值，再通过状态求解子模块423输出调制 幅度。
[0051] 3)未修正PGC正切值332与状态求解子模块423的输出结果同时送入状态修正子 模块433,得到修正后的反正切值，该值送入反正切子模块434。
[0052] 5.所述的PGC与FPS算法融合模块15,根据PGC谐波失真值大小进行算法融合
[0053] 1)基本FPS子模块411输出结果经过FPS低通滤波器431其截止频率根据载波信 号频率选择在IkHz~25MHz之间，衰减速度为-80dB至-120dB或更高，得到FPS解调结果 并送入输出判定子模块435,该结果内不包含载波信号。
[0054] 2)状态修正子模块433输出结果经过反正切子模块434得到修正后的PGC解调结 果并送入输出判定子模块435。
[0055] 3)谐波失真值分析模块32输出PGC谐波失真值325即失真频率部分所占的比重 大小，该值由被测信号幅度，频率决定。若PGC谐波失真值325在1 %以下，系统选择PGC输 出作为解调结果；若PGC谐波失真值325在1 %~10%之间，系统既可以选择PGC输出也可 以选择FPS输出作为解调结果；若PGC谐波失真值325大于10%，系统选择FPS输出作为 解调结果保证解调最大动态范围。
[0056] 本算法用于解决干涉仪的相位解调，干涉仪基本结构如图2所示，主要包括以下 几个模块：数字采集21，迈克尔逊干涉仪23,光源模块22,光电探测模块20。
[0057] 系统工作开始，首先由计算机213通过采集模块212对光源221进行频率调制，同 时使用压电陶瓷驱动器214加载测试信号至压电陶瓷环上，调频光信号经过隔离器222以 及环形器223注入到迈克尔逊干涉仪23中。一路光信号经过光纤环232,第二法拉第旋镜 235反射至3X3耦合231器的一个输入端处。另一路光信号经过缠绕在压电陶瓷环233上 的光纤以及第一法拉第旋镜234同样反射至3X3親合器231的另一个输入端。这两路光 信号在3X3親合器内发生干涉，三路输出信号中的一路经过环形器223输出，此时在光电 探测模块20处得到3路具有固定相位差的干涉信号
[0058]
[0059] 其中P1为三路干涉信号的光强值，AyB1分别为三路信号的直流强度与交流强度， C为载波的调制幅度，(6#)为被测信号，《。为调制频率光电探测器输入至带有AGC放大电 路211中调节使三路光强相等，经过采集模块212将数据送入计算机中进行算法解调。
[0060] 动态范围拓展判据
[0061 ] 任取3路输入信号中的一路做PGC算法解调，将输入信号利用贝塞尔函数展开，得 到输入信号的频谱成分
[0062]
[0063] 其中A为直流光强，B为交流光强，Jk(C)为贝塞尔函数系数，k为信号高阶分量， 使用基本PGC程序31，信号经过基频锁相与倍频锁相过程，提取出基频分量与倍频分量，在 第一低通滤波器和第二低通滤波器316、317输出处得到2组带有误差的正交信号
[0064]
[0065] 这两组正交信号通过未修正正切值输出33得到求解相位值内⑴.
[0066] 如果我们设定测试信号形式为你(t) =i>e〇SCt)sl； +卿(t)::，其中D为信号幅度大小，《s 为信号频率，仰(t)为初相位