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专利号: 2023102534233
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法,其特征在于,包括:获取正弦相位调制干涉仪原始干涉信号;

对原始干涉信号低通滤波得到带有直流偏置的同相干涉信号分量;

利用载波信号与原始干涉信号进行混频、低通滤波得到正交干涉信号分量,包括:设相位调制器的驱动信号具有正弦波的形式,频率为ωc,相位为θ,则干涉信号的相位中将生成频率为ωc正弦载波;

设被测位移为d(t),则干涉信号S(t)具有如下形式:式中,S0为干涉信号的直流偏置,S1为交流分量的幅值;C为与相位调制器驱动强度有关的相位调制深度;k为波数,k=2π/λ,λ为激光束的波长; 为测量臂和参考臂初始光程差引起的初始相位;

令被解调相位为 并利用第一类阶贝塞尔函数的恒等式和三角函数相关公式将干涉信号(1)分解为各次谐波项之和,则获得分解后的干涉信号:式中,Jn表示n阶第一类贝塞尔函数,n为正整数;分解后的干涉信号中已经包含了同相分量 利用滤波方法直接从原始干涉信号中提取出同相分量;

利用载波信号与原始干涉信号进行混频、滤波得到正交分量,得到正交干涉信号分量对:式中,α0、α1、α2为低通滤波器增益系数,同相干涉信号分量I(t),正交干涉信号分量Q(t);

基于同相干涉信号分量和正交干涉信号分量组成的正交干涉信号对根据最小二乘原理进行李萨如椭圆拟合,获得椭圆的中心点I轴坐标值,椭圆在I轴上的半径,在Q轴上的半径;

利用李萨如椭圆拟合获得的椭圆的中心点I轴坐标值,椭圆在I轴上的半径,在Q轴上的半径对正交干涉信号对进行归一化处理;

完成正交干涉信号对的幅值归一化后,进行干涉信号相位的解调。

2.根据权利要求1所述的一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法,其特征在于,所述基于同相干涉信号分量和正交干涉信号分量组成的正交干涉信号对根据最小二乘原理进行李萨如椭圆拟合,获得椭圆的中心点I轴坐标值,椭圆在I轴上的半径,在Q轴上的半径;包括:以同相干涉信号分量I(t)作为李萨如图形点的横坐标值,以正交干涉信号分量Q(t)作为李萨如图形点的纵坐标值;

在N s观测时间内,经过采样,采样频率为fs Hz,处理后得到的正交干涉信号对可以构成Nfs个李萨如点;

设第k个点Pk的坐标为(ik,qk);

在二维坐标系下,设横坐标为i,纵坐标为q,椭圆具有如下形式的方程:

2 2

i+Aiq+Bq+Ci+Dq+E=0                (6)式中,A,B,C,D,E为实系数,对于Nfs个李萨如点,根据最小二乘原理,设最小二乘拟合的目标函数为:要使函数F取得最小值,则A,B,C,D,E的解必须满足:得到A,B,C,D,E的值后可得到完整的李萨如椭圆方程,则李萨如椭圆参数横坐标偏移Ic,椭圆I轴半径ri,以及Q轴半径rq的计算公式如下:

3.根据权利要求2所述的一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法,其特征在于,所述利用李萨如椭圆拟合获得的椭圆的中心点I轴坐标值,椭圆在I轴上的半径,在Q轴上的半径对正交干涉信号对进行归一化处理,包括:对李萨如椭圆进行坐标平移,然后将其各点坐标乘以修正系数,使其长短轴缩放为1,最终使正交干涉信号对的李萨如图形矫正为正圆,归一化计算公式如式(5)所示。

4.根据权利要求3所述的一种正弦相位调制干涉仪PGC解调方法,其特征在于,所述完成正交干涉信号对的幅值归一化后,进行干涉信号相位的解调,包括:当完成正交干涉信号对的幅值归一化后,利用Arctangent或者微分交叉相乘实现干涉信号相位的解调。

5.一种正弦相位调制干涉仪PGC解调系统,其特征在于,包括:原始干涉信号获取模块:用于获取正弦相位调制干涉仪原始干涉信号;

正交干涉信号对计算模块:用于对原始干涉信号低通滤波得到带有直流偏置的同相干涉信号分量;

利用载波信号与原始干涉信号进行混频、低通滤波得到正交干涉信号分量,包括:设相位调制器的驱动信号具有正弦波的形式,频率为ωc,相位为θ,则干涉信号的相位中将生成频率为ωc正弦载波;

设被测位移为d(t),则干涉信号S(t)具有如下形式:式中,S0为干涉信号的直流偏置,S1为交流分量的幅值;C为与相位调制器驱动强度有关的相位调制深度;k为波数,k=2π/λ,λ为激光束的波长; 为测量臂和参考臂初始光程差引起的初始相位;

令被解调相位为 并利用第一类阶贝塞尔函数的恒等式和三角函数相关公式将干涉信号(1)分解为各次谐波项之和,则获得分解后的干涉信号:式中,Jn表示n阶第一类贝塞尔函数,n为正整数;分解后的干涉信号中已经包含了同相分量 利用滤波方法直接从原始干涉信号中提取出同相分量;

利用载波信号与原始干涉信号进行混频、滤波得到正交分量,得到正交干涉信号分量对:式中,α0、α1、α2为低通滤波器增益系数,同相干涉信号分量I(t),正交干涉信号分量Q(t);

李萨如椭圆拟合模块:用于基于同相干涉信号分量和正交干涉信号分量组成的正交干涉信号对根据最小二乘原理进行李萨如椭圆拟合,获得椭圆的中心点I轴坐标值,椭圆在I轴上的半径,在Q轴上的半径;

利用李萨如椭圆拟合获得的椭圆的中心点I轴坐标值,椭圆在I轴上的半径,在Q轴上的半径对正交干涉信号对进行归一化处理;

相位解调模块:用于完成正交干涉信号对的幅值归一化后,进行干涉信号相位的解调。

6.一种正弦相位调制干涉仪PGC解调装置,其特征在于,包括:存储器和处理器,其特征在于,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行权利要求1至4中任一项所述的方法。

7.一种计算机可读的存储介质,其特征在于,所述计算机可读的存储介质包括存储的程序,其中,所述程序运行时执行权利要求1至4中任一项所述的方法。