6是输出结果判定模块工作流程图。
【具体实施方式】
[0031] 为清楚地说明一种具有伴生调幅抑制的大动态范围干涉相位解调方法，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。
[0032] 本发明提供一种抑制伴生调幅效应、扩展动态范围的干涉相位解调方法，其特征 是光纤干涉仪中3X3耦合器输出的具有固定相差的干涉信号，两两差分、去除直流偏置 后，采用固定相移（FPS)算法解调相位信号；剩余的干涉信号采用相位生成载波（PGC)算法 进行解调；被测相位的幅度和频率乘积作为算法选择的判定条件，完成PGC和FPS算法的 有机融合，实现了动态范围的扩展；在PGC和FPS算法中各自增加了的椭圆拟合校正算法， 消除了频率调制的伴生调幅效应，同时抑制FPS算法参数非理想所造成的相位解调谐波失 真。本方法能有效增加干涉相位解调系统的动态范围，提高信号测量精度，抑制信号的谐波 失真，可广泛用于高精度光纤测量和光纤传感等领域。
[0033] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0034] (1)提高了干涉信号解调方法的相位分辨率和动态范围，在不改变硬件开销和相 位分辨率的如提下，使动态范围提尚了 IOdB以上；
[0035] (2)有效抑制光源调制产生的伴生调幅效应产生以及3X3耦合器非理想导致光 强不等、相位不对称对信号解调精度的影响，有效抑制了谐波，提高了解调信号的信噪比。
[0036] (3)尺寸小，功耗低，在原有的硬件开销基础上进行软件程序的改动，不增加额外 的成本，与现有的系统兼容性好。
[0037] 1. -种改进的生成载波相位（PGC)解调方法，其特征是，利用干涉仪21后端的 3X3耦合器221输出的第一路固定相移FPS信号171和第二路FPS信号172进行FPS算法 相位解调；第一路PGC信号111采用相位生成载波（PGC)算法进行解调，最后将两种算法解 调结果进行合理融合；PGC算法中增加 PGC椭圆拟合校正模块12, FPS算法中增加 FPS椭圆 拟合校正模块16分别实现对伴生调幅效应的抑制；同时以被测相位的幅度和频率乘积作 为算法选择的判定条件，完成PGC算法和FPS算法的融合，实现了动态范围的扩展。解调 算法包含载波设定模块10, PGC锁相模块11，PGC椭圆拟合校正模块12, PGC数字反正切模 块13, FPS数据截取模块17, FPS椭圆拟合校正模块16, FPS数字反正切模块15,数据融合 模块14组成。具体步骤如下：
[0038] 1)系统首先运行载波设定模块10,其中载波输出子模块104产生频率为20kHz~ 2MHz的正弦信号给光源调制器252,调制幅度根据光源201状态设置为π /2rad到π rad 之间并维持干涉条纹稳定即可，调制后的光注入到干涉仪21中；干涉仪21后端的放大电路 24连接至数据采集子模块103,采样率根据载波信号频率设定为IOOkbps~10Mbps，得到第 一路PGC信号111，第一路FPS信号171和第二路FPS信号172。
[0039] 2)PGC锁相模块11中，本地产生的基频信号112与倍频信号115以及第一路PGC 信号111分别同时经过第一、第二锁相子模块113、114,该子模块作用是消除干涉信号中的 载波成分，提取被测量信号的正弦分量116,余弦分量117,补偿光纤，电路以及光源产生的 非线性相移，附加相位差，根据系统状态与载波频率选取锁相点数为每周期100~100000 个点。
[0040] 3)PGC椭圆拟合校正模块12用于校正PGC锁相模块11输出的正弦分量116,余弦 分量117,校正参数更新与否取决于低通滤波器144的输出结果，即被测信号的时域幅度。
[0041] 4) PGC椭圆拟合校正模块12输出结果经过PGC数字反正切模块13得到PGC解调 结果，数字反正切精度根据实际情况在2 π周期内选取4096~12864个点，PGC解调结果 送入PGC数据缓存141中。
[0042] 5) FPS数据截取模块17用于将第一路FPS信号171与第二路FPS信号172分段， 根据系统状态不同，选取包含1~10个载波周期的时域信号作为一个数据包，送入FPS椭 圆拟合校正模块16,此操作目的是消除伴生调幅。
[0043] 6) FPS椭圆拟合校正模块16将数据包形式的第一路FPS信号171与第二路FPS信 号172校正为标准正交信号。
[0044] 7) FPS椭圆拟合校正模块16输出至FPS数字反正切模块15,求解出被测信号并输 出至FPS数据缓存143中。该信号包含两个成分，调制光源信号与利用压电陶瓷驱动器251 及压电陶瓷环213加载的标定信号。
[0045] 8)数据融合模块14根据被测相位的幅度和频率乘积大小选取PGC解调输出或 FPS解调输出作为解调结果。
[0046] 2.所述的PGC椭圆拟合校正模块12,其特征在于，修正伴生调幅以及器件不理想 造成的非线性相移。PGC椭圆拟合校正算法需要满足信号相位变化大于π rad才能使用， PGC椭圆拟合校正算法判定条件121由FPS数字反正切模块15提供，若低通滤波器144输 出结果相位变化大于rad时，启动PGC椭圆拟合校正模块12,使用正弦分量116,余弦分 量117构造 PGC椭圆矩阵122,并通过PGC椭圆矩阵122求解PGC椭圆参数123,该参数用 于PGC数据校正124 ;若低通滤波器144输出结果相位变化小于π rad则不进行椭圆参数 更新，利用之前参数进行PGC数据校正124。
[0047] 3.所述的FPS数据截取模块17,其特征在于选取一定数据长度的时域信号进行处 理，选取原则是要保证数据段内包含Jirad的相位变化且不能包含伴生调幅的过多周期， 根据系统状态选取1~10个调制波周期信号即可。
[0048] 4.所述的FPS椭圆拟合校正模块16,其特征在于消除光路中的伴生调幅效应以及 3X3耦合器的器件不对称性。FPS椭圆拟合校正模块16需要满足输入信号相位变化大于 rad才能正常工作，根据载波输出子模块104调制幅度为π/2rad到π rad，此时系统既 能进行PGC解算，又能使FPS椭圆拟合校正模块16满足启动条件。使用FPS数据截取模块 17的输出结果构造 FPS椭圆矩阵163,利用该矩阵求解FPS椭圆参数162,最后使用FPS椭 圆参数162进行FPS数据校正161。
[0049] 5.所述的数据融合模块14,其特征在于根据被测相位的幅度和频率乘积大小选 取PGC算法与FPS算法最优输出结果作为系统的最终结果。FPS数字反正切模块15输出结 果经过低通滤波器144分离光源调制载波信号与标定信号，其中低通滤波器144参数根据 载波信号参数选择，包括滤波器的通带频率为IOkHz~IMHz之间，衰减速度至少为60dB~ 120dB或更高，之后FPS解调结果放入FPS数据缓存143中；同样的，PGC数字反正切模块 13结果放入PGC数据缓存141中。结果判定子模块142读取这两个缓存数据。
[0050] 6.所述输出结果判定子模块142,其特征在于由数据读取模块60,频谱计算模块 61，输出选择模块62组成。具体过程如下：
[0051] 1)数据读取模块60中进行读取PGC缓存601，读取FPS缓存602操作，得到PGC 数据603与FPS数据604。
[0052] 2) PGC数据603经过傅里叶变换子模块611得到PGC频率数据612, PGC幅度数据 614与PGC频率数据612同时输入乘法器613。
[0053] 3)输出选择模块62根据PGC幅度数据614与PGC频率数据612乘积大小，载波信 号频率做出判断。系统载波为10MHz，乘积值小于IradOlOMHz时，使用PGC数据603作为解 调结果，乘积值大于IradOlOMHz时，使用FPS数据604作为解调结果。
[0054] 7.所述的PGC数字反正切模块13中，PGC椭圆拟合校正模块12输出数据进行PGC 反正切131处理，得到结果进行PGC查表132操作。
[0055] 8.所述的FPS数字反正切模块15中，FPS椭圆拟合校正模块16输出数据进行FPS 反正切152处理，得到结果进行FPS查表151操作。
[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，当软件系统253 通过光源调制器252产生载波调制信号调制光源201时，被调制的光信号通过隔离器202 注入到干涉仪21中。干涉仪的参考臂由光纤环212构成，信号臂被缠扰至压电陶瓷环213 上，光源输出模块20发出的光信号在干涉仪末端的3 X 3耦合器221中发生干涉，产生3组 光强大小相同，相位差固定的干涉信号。这组信号经过第二I X 2耦合器223,第三I X 2耦 合器224与衰减器222后得到5路光强大小相同的干涉信号，可以表示为：
[0057]
[0058]
[0059] 其中Plj为衰减器的输出以及两个1X2耦合器的任意3路输出，P 为剩下的一 路输出。m为伴生调幅系数，ω。为载波调制信号频率，A1, B1*别为光强的直流幅度与交流 幅度，A，