调相光导纤维传感器系统信号的解调的制作方法

专利名称：调相光导纤维传感器系统信号的解调的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于解调调相信号的解调设备并且涉及组合有解调设 备的光导纤维传感器系统。
背景技术：
调相信号在许多系统中出现，例如在通信系统和传感系统中。这种 信号的解调通常涉及其与未调制信号在解调器(例如混频器)的组合， 以产生振幅或幅度只依赖于已调制信号的相位的解调的输出信号，例如 在零差检测或外差检测中那样。经常，相同的未调制信号被用于产生已 调制信号(例如通过将其传递到与其附近情况一致地执行相位调制的传
感器)并且用于与已调制信号组合。在光导纤维传感器的时分复用(TDM ) 串行阵列(serial array)中，来自特定传感器的光脉沖可以被选择用 于通过解复用进行分析，在光检测器被检测并且得到的信号与未调制的 信号一起输入到解调器。
一种常见类型的解调器是相位正交解调器，其要求输入与调相信号 的频率基本上相同的同相(I)和正交(Q)未调制信号以便提供解调。 一般这种信号根据单独未调制信号产生(例如使用希尔伯特变换滤波 器)，在这种情况下用于产生I和Q信号的装置必须能够响应于该单独 未调制信号的频率变化(并且因此已调制信号的频率变化)而调整这些 信号的频率。如果调整速度太慢，解调器的输出不能一致反映已调制信 号的相位。

发明内容
本发明的目的是改善这个问题。根据本发明的一个方面，这个目的 是通过正交信号发生器(QSG)实现的，该正交信号发生器用于接收输 入信号并且响应于此产生与输入信号的频率基本上相同的同相(I)和 正交相位(Q)信号，其中该QSG包括
(i)第一部分，用于响应于输入信号的输入产生第一中间信号， 第 一 中间信号的振幅或幅度与输入信号的频率和I和Q信号的频率之间 的差成比例；
(ii )第二部分，用于响应于第一中间信号的输入产生第二中间信号，第二中间信号的幅度与第一中间信号的幅度的变换速率成比例；以
及
(iii)信号发生器，用于响应于第二中间信号的输入产生I和Q 信号并且调整该I和Q信号的频率使得所述频率趋向于输入信号的频 率，信号发生器被设置为将I和Q信号反馈到第一部分。
由于第二中间信号的振幅或幅度与输入信号的频率和I和Q信号的
频率之间的差的变化速率成比例，除了通过I和Q信号的输入信号的频 率跟踪，提供了 I和Q的频率的快速二阶校正。
方便地，QSG在数字电子器件中实施并且还包括设置为在将输入信 号输入到所述第一部分之前对其数字化的模数转换器(ADC)。
优选地，第一部分包括数字相位正交解调器(DPQD)，其设置为接 收数字化的输入信号和I和Q信号，并且其输出连接到速率下变频器 (rate down-converter)的输入，该速率下变频器的输出连接到数字 微分器的输入，该数字微分器具有不包括输入信号中的高频内容在内的 截止频率。在输入信号是通过在混频器中混频两个较高频RF信号获得 的情况下这尤为有利由于混频处理的非线性而在输入信号中引起的高 频噪声不出现在I和Q信号中。在I和Q信号被输入到解调器以便解调 另一个信号的情况下，解调器输出不会被这个噪声退化。
方便地，第二部分包括
(i)反相放大器，其设置为接收第一中间信号； (H)加法器，其具有连接到放大器的输出的第一输入；以及 (iii )连接在加法器的输出和其第二输入之间的延时装置； 加法器的输出被输入到信号发生器。
为了在启动期间提供系统的稳定操作，第二部分优选地还包括初始 化开关和起动緩冲器，所述开关连接到加法器的输出并且延时装置将开 关的输出连接到加法器的第二输入，初始化开关的输出被输入到信号发 生器并且可由起动緩冲器控制。这个设置允许在系统的启动期间将控制 信号提供给信号发生器，允许系统收敛到稳定操作。
方便地，信号发生器是直接数字合成器(DDS),其设置为响应于 第二中间信号的输入产生I和Q信号。
QSG还可以包括速率下变频器和第二信号发生器，下变频器被设置 为接收第二中间信号并且输出下变频的信号到第二信号发生器，第二信号发生器被设置为响应于该下变频信号的输入提供笫二 I和Q输出信
号。这个设置为QSG提供与和其一起使用的另一个系统(例如正交相位 解调器)不同速率的定时(clock),从而提供了更大的操作灵活性。 方便地，第二信号发生器是直接数字合成器。
本发明的另一方面提供了包括本发明的QSG的解调设备。优选地， 本发明的解调设备还包括正交相位解调器，其被设置为接收由QSG输出 的I和Q信号。运行中，未调制的信号被提供给QSG并且调相信号被输 入到正交相位解调器。由于通过I和Q信号的对未调制信号的快速频率 跟踪，解调设备的输出以高度准确性和一致性反映了已调制信号中的相 位信息。
本发明的又一方面提供了包括本发明的解调设备的光导纤维传感
的串行阵列:每个传i器并二)反射i置，用;在辐射穿过相应的i独 光导纤维传感器之后朝着该阵列的输入反射辐射。可以与传感器检测到 的振动 一致地对每个传感器内的光进行调相。
方便地，每个反射装置可以是耦合在两个单独光导纤维传感器之间 的光纤耦合镜。
可以使单独传感器的其中之一不敏感(例如通过机械地对其脱敏
(desensitise)),使得它不会检测到要求传感设备检测的信号类型， 但却检测噪声。通过使用来自这个传感器的信号作为到解调设备的QSG 的输入而不是使用完全未调制的信号，在正交相位解调器的输出可以获 得低噪信号。
可以通过提供用于响应于具有频率差Q的第一和第二 RF信号而产 生多对至少部分相干的光脉沖的装置，以及用于输入该多对脉沖到阵列 的装置，来执行光导纤维传感器串行阵列的询问(interrogation), 其中每对脉冲具有频率差n和相对延时t并且从连续反射装置到阵列 的输入的路径长度的差基本上为ct/2,其中c是脉冲在纤维中的速度。 当 一 对脉沖被输入到光导纤维传感器串行阵列时，获得 一 系列输出脉 沖。源自特定传感器的脉冲可以通过时间解复用和由相位解调恢复的其 相位信息来隔离，以便获得关于该传感器附近的物理条件等的信息。
方便地，用于产生该多对光脉冲的装置可以包括 (i )光纤耦合激光器；(ii )用于将激光器的输出分开以提供第一和第二部分的装置；
(iii) 第一和第二声光调制器，设置为分别调制第一和第二部分 以生成分别具有频率co !和co 2的输出脉沖的第 一和第二系列；
(iv) 延时回路，用于相对于与其同时产生的频率co,的脉冲延时 频率00 2的每个脉冲；
(v) 输出光纤；以及
(vi )用于复用第一和第二系列的脉冲到输出光纤上的装置。 根据本发明的又一方面，提供了用于解调第一调相信号的设备，该 信号的调制对应于希望的信号和噪声，该设备包括相位解调单元，其设 置为接收第一调相信号和第二调相信号，第二调相信号的调制基本上只 对应于噪声。使用具有与第 一信号的噪声特性相同的噪声特性的信号来 解调该信号减少了相位解调单元的输出中的噪声。
优选地，相位解调单元包括正交相位解调器和如上所述的QSG，该 QSG被设置为接收第二调相信号并且输出相应的I和Q信号到正交相位 解调器，并且正交相位解调器被设置为接收第一调相信号。
可选地，相位解调单元可以包括数字正交相位解调器(DQPD)、实
明的QSG以及设置为在第一调相信号输入到DQPD之前对其数字化的 ADC,,该QSG被设置为接收第二调相信号并且输出相应的I和Q信号 到DQPD。
可选地，相位解调单元可以包括正交相位解调器和希尔伯特变换滤 波器，该希尔伯特变换滤波器被设置为接收第二调相信号并且输出对应 的I和Q信号到正交相位解调器，并且正交相位解调器被设置为接收第 一调相信号。
在这种情况下，相位解调器可以是DQPD,该设备还包括第一和第二 ADC,该第一和第二 ADC设置为在第一和第二调相信号分别输入到DQPD 和希尔伯特变换滤波器之前对它们数字化。
本发明还提供了光导纤维传感设备。该设备优选地包括参考传感 器，其被设置为产生第二调相信号。方便地，该参考传感器是包含在基 本上相同的单独光导纤维传感器的串行阵列中的脱敏的光导纤维传感 器，第一调相信号是从阵列中的其中一个光导纤维传感器获得的，而不 是从参考传感器获得的。参考传感器可以机械地脱敏，以便只检测单独200680038359. 1
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光导纤维传感器受到的噪声。
单独光导纤维传感器各自可以包括反射装置，用于在辐射穿过相应 的单独光导纤维传感器之后反射辐射朝着该阵列的输入。方便地，每个 反射装置是耦合在两个单独光导纤维传感器之间的纤维耦合镜。
该光导纤维传感设备可以包括用于产生多对光脉冲并且输入所述 脉冲到光导纤维传感器阵列的装置，这些装置如上所述。
本发明的又一方面提供了一种根据输入信号产生同相(I)和正交 (Q)信号的方法，其中该I和Q信号具有与输入信号基本上相同的频
率，该方法包括以下步骤
(i)产生第一中间信号，该第一中间信号的幅度或振幅对应于输 入信号和该I和Q信号的频率之间的差；
Ui)产生第二中间信号，该第二中间信号的幅度或振幅对应于第 一中间信号的幅度或振幅的变化速率；以及
(iii )使用第二中间信号控制信号发生器输出的I和Q信号的频 率，使得所述频率向输入信号的频率偏离；以及
(iv)反馈回该I和Q信号用在步骤(i )中。 本发明的又一方面提供了一种解调具有对应于希望的信号和噪声 的相位调制的第 一 调相信号的方法，该方法包括以下步骤
(i)获得具有只对应于噪声的调制的第二调相信号；以及
(ii )输入第一和第二调相信号到相位解调单元。


下面参考附图，仅举例来描述本发明的实施例，在附图中 图l示出了本发明的时分复用(TDM)光导纤维传感设备； 图2示意性地示出了用在图l设备中的本发明的解调设备； 图3示出了用在图2设备中的单独解调器单元； 图4示意性地示出了用在图1设备中的本发明的另一解调设备；以
及
图5和6示意性地示出了用于提供具有减小的噪声的解调的输出信 号的本发明的另 一解调设备。
具体实施例方式
在图1中，本发明的时分复用(TDM)光导纤维传感设备大致由100 表示。设备100可以用在各种传感应用中，例如采集地震数据或车辆交通信息，或在诸如周边/区域监控的安全应用中检测未授权人员。
设备IOO包括经由光导纤维U3—端耦合到光源(包括GalnAsP/InP 半导体激光器104)的传感器阵列115。传感器阵列115包括十个基本 上相同的光导纤维传感器118A-118J、十一个耦合器116A-116K和十一 个镜子U7A-117K的串行阵列。(为了更加清楚，耦合器116C-1161, 镜子117C-117I以及传感器118C-118I从图1中省略)。给定光导纤维 传感器118的每端耦合到镜子117，使得耦合到该镜子的辐射被朝着纤 维113反射回去。例如，传感器118A在一端通过耦合器116A耦合到镜 子117A，在另一端通过耦合器116B耦合到镜子117B。类似地，传感器 118J —端通过耦合器116J耦合到镜子117J，另一端通过耦合器116K 耦合到镜子117K。镜子117通过相应的等长光导纤维连接到相应的耦合 器U6。传感器阵列115经由耦合器114和输出纤维119耦合到解调设 备150的输入124。
设备10 0的光源包括耦合到两个声光调制器(布拉格盒)1 08A、 1 08B 的GalnAsP/InP激光器104,该两个声光调制器由来自RF电路102的门 信号(分别为122C和122D)驱动。信号122C和122D的连续版本也提 供给解调系统150的相应输入122A和122B。
波长1550腦的光辐射从激光器104输出并且耦合到光导纤维107 中。该辐射被光耦合器106分成两个部分，该两个部分分别经由纤维 109、 111传到相应的布拉才各盒108A、 108B。布拉才各盒108A、 108B由RF 电路1 02驱动并且调制来自激光器104的输入辐射以生成分别具有频率
C^和0)2的脉冲调制的、频率偏移的输出辐射，其中CO广C02-Q大约为几
MHz。从盒108B输出的脉沖相对于同时从盒108A输出的脉冲由延时回 路110进行延时，延时回路110引入了延时t (例如几十ns),其中t /2是阵列115中的耦合器116所分的脉冲的两个部分沿着阵列115到达 连续的后面镜子所用的时间差。例如，t/2是在耦合器116A所分的一 部分脉冲到达镜子117A所用的时间与另一部分经由耦合器116B到达镜 子117B所用的时间之间的差。从布拉才各盒108A和延时回3各11 0输出的 脉沖经由耦合器112耦合到纤维113中。
纤维113内的辐射因此包括一系列的多对脉冲，其中每对中的第一 脉沖具有频率a^，每对中的第二脉沖具有频率oo2,第二脉冲相对于第 一脉沖延时了延时t ,并且其中co广co尸Q大约为几MHz并且t大约为几十ns。
经由纤维113进入传感器阵列115的特定脉沖对在耦合器 116A-116K被连续分割。例如，输入到传感器阵列115的一对脉冲被耦 合器116A分成两对； 一对传到镜子117A并被朝着纤维113反射回去； 另 一对穿过单独传感器118A并且然后自身被耦合器117B分割以生成两 个新脉冲对。这两个新脉冲对的其中之一被镜子117B朝着纤维113反 射回去。由于在耦合器的分割之后脉沖到达第 一和第二镜子所用的时间 差为t /2,被这些连续的镜子朝着纤维113反射回去的多对脉沖具有相 对延时t;因此在由该耦合器重新组合时，由第一镜子反射的频率co2 处的脉沖将在时间上与第二镜子反射的频率(o t处的脉沖重合。除了频 率差w 「 oo 2= Q ,时间上重合的脉沖具有对应于由位于第 一和第二镜子 之间的单独传感器引入的相移的相位差。这个相位信息被解调系统150 恢复并且在126输出，并且给出关于单独传感器的位置处的物理条件的 信息。例如，相位信息可以对应于单独传感器的加速度，其中在该传感 器处部署阵列115以采集地震数据。
随着频率oo,、 00 2的每对脉冲输入到阵列115， 12个脉沖的序列从 阵列115输出并且耦合到光导纤维119中。输出脉冲在时间上以t间隔。 12个脉沖的第一个是镜子117A反射的频率o^的脉冲。第二到第十一脉 沖的每一个包括时间上与频率002的第二分量脉沖对准(align)的频率 c^的第一分量脉冲，这两个脉沖已经从位于单独传感器118的相对端的 镜子反射。具体地，频率w,的第一分量脉沖从远离纤维113的单独传感 器的端部的镜子反射，而频率co 2的第二分量脉冲从离纤维113最近的单 独脉冲的端部的镜子反射。第一和第二分量脉冲的相位差由于第一分量 脉沖在单独传感器118内的相位改变而产生。特定输出序列中的第i个
脉沖(2《i《ll)包含来自阵列115中第(i-1)个单独传感器的相位 信息。第十二个脉沖是从镜子117K反射的频率oo2的脉冲。
为了从特定的单独传感器采集信息，在一段时间通过时间解复用输 出的脉冲序列观察每个输出序列中的对应脉冲。例如，为了采集来自第 五个单独传感器118E的信息，监视每个脉冲输出序列中的第六个脉沖。 由解调系统150执行解复用。操作布拉格盒108A、 108B使得输入到阵 列115的多对脉冲的周期(period)(即例如频率oo ,处的连续脉沖之间 的延时)足够长，以确保在盒108A、 108B输出的下一脉沖对被引入到阵列115之前， 一系列输出脉冲中的第十二个脉冲在阵列115之外耦合 到纤维119中。
图2示意性地示出了解调设备150。设备150内的信号处理在单个 时钟(未示出)的控制下数字地执行。来自RF电路102的RF信号连接 到系统150的输入122A、 122B。来自阵列150的光输出被耦合到系统 150的光输入124并且被检测器176检测。来自检测器176的输出被模 数转换器(ADC) 177数字化并且被高通滤波器178滤波。时间解复用器 179允许携带要被询问的来自阵列115中的特定单独传感器的信息的脉 冲。在来自阵列115的输出脉沖的特定序列中的第二到第十一个脉冲的 任何一个的情况下，从解复用器179输出的信号随着cos (Qt+cj) + 5 )
变化，其中n-oo广W2， (f)是来自在询问中的特定单独传感器的相位信
息，并且s是代表与差频D相关的相位噪声和由询问中的特定传感器检 测的相位变化cj)中的相位噪声的组合效应的相位项。这个相位噪声本质 上是l/f，即其是低频噪声。解复用器179的输出被输入到解调器单元 170 (数字正交解调器)，该解调器单元170等同于解调器单元156。
图3详细示出了解调器单元170。单元170是数字相位正交解调器 (DPQD)并且包括输入186,两个混频器188A、 188B，两个低通滤波器 192A、 192B、用于执行arctan功能的器件195和输出126。在186输入 的来自解复用器179的形式为cos ( Qt+cJ) + 5 )的输入信号与分别输入 到混频器188A、 188B的输入190A、 190B的形式为cos n t和s inQ t的 相等振幅的两个未调制信号的每一个进行混频。来自混频器188A的输 出的振幅具有振幅与cos ( c|) + 5 )成比例的分量。来自混频器188B的 输出具有振幅与sin ( cj) + 5 )成比例的分量。低通滤波器192A、 192B 去除频率2Q的信号分量。从混频器192A、 192B输出的信号被输入到器 件195以在解调器单元170的输出126处(其也是解调设备150的输出) 生成振幅与((j) + 5 )成比例的信号。
再次参考图2,借助于正交信号发生器(QSG) 157产生频率Q的两 个未调制信号。QSG157的第一部分157A包括第二解调器156、速率转 换器(rate-converter )158和数字微分器160。 QSG157的第二部分157B 包括放大器162、初始化开关165、起动緩冲器180和延时单元167。直 接数字合成器(DDS) 169形成QSG157的第三部分。到QSG157的输入信 号是通过混频来自RF电路102的输出信号以生成频率n的信号而生成的，这些信号被施加到解调系统150的输入122A、 122B。这些信号在混 频器152进行混频，混频器152的输出被传到带通滤波器153,以去除 其和频分量，并且得到的信号由ADC154数字化。来自ADC154的输出被 输入到带通滤波器155,带通滤波器155的输出连接到QSG157的输入 151。 QSG157产生对应于在151处的信号的同相(I)和正交相位(Q) 信号，这些信号是输入到解调器单元170的未调制信号sinQt、cosQt。
解调器单元156具有与解调器单元170相同的结构。输入到解调器 单元170的输入190A、 190B的信号也一皮反馈回解调器单元l56的对应 输入。来自解调器156的输出被速率转换器158下变频至1/m,并且然 后传到低通数字微分器160。输入到微分器160的信号的速率是解调器 156的时钟频率的1/m。来自QSG157的第一部分157A的输出是第一中 间信号，其幅度与190A、 190B处的未调制信号和输入到第一部分157A 的在151处的信号之间的频率差成比例。
来自QSG157的第一部分157A的输出被放大器162以因子k放大， 并且传递到第二微分器，该第二微分器由加法器164、初始化开关165 和延时功能167组成。来自QSG157的第二部分157B的输出信号是第二 中间信号，用于控制直接数字合成器(DDS)(或数控振荡器)169，直 接数字合成器产生正弦和余弦信号sinQt和cosQt,用于输入到解调 器单元170的输入190A、 190B以及解调器单元156的等同输入。正弦 和余弦信号sinDt、 cos。t的频率由输入到DDS的信号控制。QSG157 的第二部分157B的输出是第二中间信号，其幅度与第一中间信号的幅 度的变化速率成比例。
如果解调器156的输入151处的信号与解调器170的等同输入 190A、 190B反馈回解调器156的信号的频率差Af,解调器156的输出 是线性的，斜率为2irAf。下变频器158运行以将解调器156的输出信 号中的较高频率分量放置在数字微分器160的通带之外，其有效返回斜 率2n Af以及低频交流分量。微分器160通过的噪声功率adif"与白噪 声输入功率a 的关系为D^-(^S)Fe3(^，其中fc是微分器160的截止
频率。放大器162是反相的，即k〈0,使得初始化开关165在时间t的
输出5t与在其前一周期(在时间t-l)的输出S t—j勺关系为q-ew-SlKlTtA^
QSG157的第二部分157B用作宽带微分器。开关165的输出被输入到 DDS169,并且因此控制输入到解调器单元170的混频器的信号频率，这些信号也被反馈回解调器156中的等同混频器。输入到DDS169的控制 信号代表斜率2丌Af变化的速率，从而提供了快速二阶校正和频率跟 踪。为了在启动期间挺供QSG 157的稳定操作，通过起动緩冲器180提 供初始预设控制值给初始化开关165,同时开关165断开。
在解调系统150的操作中，由DDS169输出的并且在190A、 190B处 输入到解调器170的I和Q信号(分别成比例于sinDt和cosQt )跟 踪在151输入到QSG157的信号的频率Q,然而它们没有引入在混频器 152通过混频产生的高频噪声。
图4示意性地示出了用在图1设备中的可选解调设备250。对应于 设备150中部件的设备250的部件用与标记图1中的相应部件的参考符 号差100的参考符号来标记。设备250具有对应于图1中的QSG157的 QSG257并且包括第一 257A、第二 257B和第三257C部分。设备250由 两个时钟282、 284控制并且QSG257的第三部分257C包括两个直接数 字合成器269A、 269B和速率转换器281。时钟282控制ADC254、带通 滤波器255 、解调器单元256和DDS269B的计时速度。时钟284控制 ADC277、解调器单元270和DDSM9A的计时速度。
设备250的基本功能与图1的设备150的功能相同。来自阵列115 (图1 )的光输出脉沖在检测器276处被检测，被ADC277数字化、高通 滤波器278滤波并且被解复用器279解复用。解复用器279的输出包括 形式为cos ( nt+c)) + 5 )的信号，其相位分量(小+ 5 )由解调器单元 270恢复并在126输出。在系统250的运行中，从DDS269B输出的I和 Q信号的频率跟踪到QSG257的输入的频率，这个输入是通过混频来自 RF电路102的信号并且滤波以去除得到的和频分量而产生的。与设备 150对比，初始化开关265的输出不仅用于控制DDS269B (其提供正交 信号发生器(QSG) 257内的反馈)并且其还被第二速率转换器281进行 速率转换并随后以与时钟284兼容的计时速度输入到第二 DDS269A。转 换器281也以因子入缩放来自开关265的信号，在设备250的运行之前 将因子入设置为适于控制DDS 269A的值。当这两个操作以不同速率计 时(clock)时，设备250提供了频率跟踪和解调中的增强的灵活性。 解调器单元270具有输入290A、 290B，用于从DDS269A接收I和Q信号。
图5示意性地示出了本发明的另一个解调设备350,其同样适用于 图l设备，当阵列115的单独传感器118的其中之一对可以由其他传感器检测到的信号机械脱敏同时仍能够检测由其他传感器检测的噪声。脱
敏的传感器然后是只检测噪声的参考传感器。系统350运行以在126提 供低噪输出信号，对应于从阵列115中的其他传感器的其中一个中获得
的信号的相位。
对应于设备15D中的部件的设备350的部件用与标记图1中的相应 部件的参考符号差200的参考符号来标记。解调设备350具有单个(光) 输入124和输出126。与系统150、 250对比，没有驱动来自RF电路102 的信号的布拉格盒的输入。来自阵列115的输出脉冲被检测(376 )、 数字化(377 )、高通滤波(378 )并且解复用(379 ),如上所述。设 备350包括具有第一部分357A和第二部分357B以及由单个DDS369组 成的第三部分的正交信号发生器3W。
来自参考传感器的信号被解复用器379选择，用于输入到正交信号 发生器(QSG) 357,正交信号发生器357输出对应的同相(I )和正交 (Q)信号到相位正交解调器370。来自其他传感器的信号被顺序解复用 并且在被延时装置381延时等于回路357所引入的处理延时的时间延时 后被输入到解调器370。由于输入到解调器的每个信号包括相同的相位 噪声分量，并且由于I和Q信号不包含其他相位调制，解调器370的输 出紧密对应于在传感器施加到信号上的相位，该传感器的输出信号被解 复用器379选择并且经由延时装置381输入到解调器370。换句话说， 输入到QSG357的信号具有cos[Qt+￡ (t)]的形式，其中s (t)对应于由 阵列115中的所有传感器检测到的噪声，并且经由延时装置381输入到 DPQD370的信号具有cos[Qt+4) (t)+5 (t)]的形式,其中小(t)是希望 检测的相位调制。由于用于解调的信号(即来自脱敏传感器的信号)也 包含噪声项，从DPQD 370输出的信号基本上只是c() (t)的函数。
图6示出了用在图1系统中的本发明的另一个解调设备450，设备 450是设备350的可选方案。对应于设备150的部件的设备450的部件 用与标记图1中的对应部件的参考符号差300的参考符号来标记。如同 图5中的设备350 —样，设备450意欲与阵列115—起使用，其中其中 一个传感器用作只检测阵列115—般附近的噪声的参考传感器。源自参 考传感器的信号被解复用(479 )并在451输入到具有低通滤波器497 和希尔伯特变换滤波器498的QSG 457。滤波器498将451处的信号相 位偏移90° 。对应于451处的信号的同相(I )和正交相位(Q)信号分
1别从滤波器497、 498输出，并且施加到解调器单元470内的混频器的 输入，以解调源自阵列115中其他传感器的信号，这些信号经由^f氐通滤 波器481输入到解调器470。使用源自参考传感器的信号执行源自阵列 中其他传感器的信号的解调去除了否则将出现在126的输出中的相位噪
权利要求
1. 用于解调第一调相信号的设备，该第一调相信号的调制对应于希望的信号和噪声，该设备包括相位解调单元，该相位解调单元设置为接收第一调相信号和第二调相信号，该第二调相信号的调制基本上只对应于噪声。
2. 权利要求1的设备，其中相位解调单元包括正交相位解调器以 及根据权利要求15的QSG,该QSG被设置为接收第二调相信号并且输出 对应的I和Q信号到正交相位解调器，并且该正交相位解调器被设置为 接收第一调相信号。
3. 权利要求1的设备，其中相位解调单元包括数字正交相位解调 器(DQPD)、根据权利要求16至22的任何一个权利要求的QSG以及ADC, 该ADC设置为在第一调相信号输入到DQPD之前对其数字化，该QSG设 置为接收第二调相信号并且输出对应的I和Q信号到DQPD。
4. 权利要求1的设备，其中相位解调单元包括正交相位解调器和 希尔伯特变换滤波器，该希尔伯特变换滤波器设置为接收第二调相信号 并且输出对应的I和Q信号到正交相位解调器，并且该正交相位解调器 被设置为接收第一调相信号。
5. 权利要求4的设备，其中相位解调器是DQPD并且其中该设备还 包括第一和第二 ADC,该第一和第二 ADC设置为在第一和第二调相信号 分别输入到DQPD和希尔伯特变换滤波器之前对其数字化。
6. 包括根据权利要求1至5的任何一个权利要求的解调设备的光 导纤维传感设备。
7. 权利要求6的设备，包括设置为产生第二调相信号的参考传感器。
8. 权利要求7的设备，其中参考传感器是包括在基本上相同的单 独光导纤维传感器的串行阵列中的脱敏的光导纤维传感器，第 一调相信 号是从阵列中的除了参考传感器之外的其中一个光导纤维传感器获得的。
9. 权利要求8的设备，其中参考传感器是机械地脱敏的。
10. 权利要求8或9的设备，其中光导纤维传感器每一个都并入了 反射装置，该反射装置用于在辐射穿过相应的单独光导纤维传感器之后 朝着该阵列的输入反射辐射。
11. 权利要求10的设备，其中每个反射装置是耦合在两个单独光导纤维传感器之间的光纤耦合镜。
12. 权利要求10或11的设备，还包括用于响应于具有频率差Q的 第一和第二 RF信号而产生多对至少部分相干的光脉沖的装置，以及用 于输入该多对脉沖到传感器的装置，其中每对脉冲具有频率差Q和相对 延时T ，并且其中从连续反射装置到阵列的输入的路径长度的差基本上 为CT/2，其中c是脉沖在纤维中的速度。
13. 权利要求12的设备，其中用于产生该多对光脉冲的装置包括 (i)光纤耦合激光器；(ii )用于将激光器的输出分开以提供第一和第二部分的装置；(iii) 第一和第二声光调制器，设置为分别调制第一和第二部分 以生成分别具有频率co ,和oo 2的第 一和第二系列输出脉沖；(iv) 延时回3各，用于相对于同时产生的频率od的脉沖延时频率 W2的每个脉沖；(v) 输出光纤；以及(vi )用于复用第一和第二系列脉冲到输出光纤上的装置。
14. 一种解调具有对应于希望的信号和噪声的相位调制的第一调相 信号的方法，该方法包括以下步骤(i)获得第二调相信号，其具有只对应于噪声的调制；以及 (ii )输入第一和第二调相信号到相位解调单元。
15. —种用于接收输入信号并且响应于此产生与输入信号的频率基 本上相同的同相(I )和正交相位(Q)信号的正交信号发生器(QSG), 其中该QSG包括(i)第一部分，用于响应于输入信号的输入产生第一中间信号， 第 一中间信号的振幅或幅度与输入信号的频率和I和Q信号的频率之间 的差成比例；(ii )第二部分，用于响应于第一中间信号的输入产生第二中间信 号，第二中间信号的幅度与第一中间信号的幅度的变换速率成比例；以 及(iii)信号发生器，用于响应于第二中间信号的输入产生I和Q 信号并且调整该I和Q信号的频率使得所述频率趋向于输入信号的频 率，信号发生器被设置为将I和Q信号反馈到第一部分。
16. 权利要求15的QSG，在数字电子器件中实施并且还包括模数转 换器(ADC),该模数转换器被设置为在将输入信号输入到所述第一部 分之前对其数字化。
17. 权利要求16的QSG，其中所述第一部分包括数字相位正交解调 器(DPQD),该数字相位正交解调器被设置为接收数字化的输入信号和 I和Q信号，并且其输出连接到速率下变频器的输入，该速率下变频器 的输出连接到数字微分器的输入，该数字微分器具有不包括输入信号中 的高频内容在内的截止频率。
18. 权利要求16或17的QSG，其中所述第二部分包括 (i )反相放大器，其被设置为接收第一中间信号； (ii)加法器，其具有连接到放大器的输出的第一输入；以及 (iii )连接在加法器的输出和其第二输入之间的延时装置；加法器的输出被输入到信号发生器。
19. 权利要求18的QSG，其中所述第二部分还包括初始化开关和起 动緩沖器，该初始化开关连接到加法器的输出并且延时装置将开关的输 出连接到加法器的第二输入，初始化开关的输出被输入到信号发生器并 且可由起动緩冲器控制。
20. 权利要求16-19中的任何一个权利要求的QSG,其中信号发生 器是直接数字合成器(DDS),其被设置为响应于第二中间信号的输入 产生I和Q信号。
21. 权利要求16-20中的任何一个权利要求的QSG，还包括速率下 变频器和第二信号发生器，下变频器被设置为接收第二中间信号并且输 出下变频的信号到第二信号发生器，第二信号发生器被设置为响应于该 下变频信号的输入提供第二I和Q输出信号。
22. 权利要求21的QSG，其中第二信号发生器是直接数字合成器 (DDS)。
23. 包括根据任何前述权利要求的QSG的解调设备。
24. 权利要求23的设备，还包括正交相位解调器，其被设置为接 收I和Q信号。
25. 包括权利要求23或24的解调设备的光导纤维传感设备。
26. 权利要求25的设备，还包括基本上相同的单独光导纤维传感 器的串行阵列，每个传感器并入了反射装置，该反射装置用于在辐射传过相应的单独光导纤维传感器之后朝着该阵列的输入反射辐射。
27. 权利要求26的设备，其中每个反射装置可以是耦合在两个单 独光导纤维传感器之间的光纤耦合镜。
28. 权利要求26或27的设备，其中，其中一个单独传感器包括装 置，其设置为将该传感器对能够由剩余传感器检测的信号脱敏但是允许 该传感器检测可以由其他传感器检测到的噪声。
29. 权利要求26-28中的任何一个权利要求的设备，还包括用于响 应于具有频率差Q的第一和第二 RF信号而产生多对至少部分相干的光 脉沖的装置，以及用于输入该多对脉冲到阵列的装置，其中每对脉沖具 有频率差q和相对延时t并且从连续反射装置到阵列的输入的路径长 度的差基本上为CT/2,其中c是脉冲在纤维中的速度。
30. 权利要求26的设备，其中用于产生该多对光脉沖的装置包括 (i )光纤耦合激光器；(ii )用于将激光器的输出分开以提供第一和第二部分的装置；(iii) 第一和第二声光调制器，被设置为分别调制第一和第二部 分以生成分别具有频率w,和co 2的第 一 和第二系列输出脉沖；(iv) 延时回3各，用于相对于同时产生的频率的脉沖延时频率 W2的每个脉冲；(v) 输出光纤；以及(vi )用于复用第一和第二系列脉沖到输出光纤上的装置。
31. —种根据输入信号产生同相(I)和正交(Q)信号的方法，其 中该I和Q信号具有与输入信号基本上相同的频率，该方法包括以下步 骤(i)产生第一中间信号，该第一中间信号的幅度或振幅对应于输 入信号和该I和Q信号的频率之间的差；Ui )产生第二中间信号，该第二中间信号的幅度或振幅对应于第 一中间信号的幅度或振幅的变化速率；以及(iii) 使用第二中间信号控制信号发生器输出的I和Q信号的频 率，使得所述频率向输入信号的频率偏离；以及(iv) 反馈该I和Q信号用在步骤(i )中。
全文摘要
用于解调调相信号的解调设备(150)包括正交信号发生器(QSG)157，用于响应于未调制输入信号产生同相(I)和正交相位(Q)信号。该QSG提供了输入信号的快速频率跟踪并且不包含输入信号的任何高频内容。
文档编号H04L27/20GK101287965SQ200680038359
公开日2008年10月15日 申请日期2006年8月17日 优先权日2005年8月23日
发明者D·J·泰勒, N·米德尔顿, P·J·纳什 申请人:秦内蒂克有限公司