干涉型光纤传感器相位载波系统解调能力分析

作者：王凯等

来源：《科技创新与应用》2015年第17期

摘 要：在光纤干涉型传感解调系统中，针对相位生成载波（PGC，Phase Generated Carrier）解调系统可恢复输入信号能力，提出将卡森准则引入到PGC调相带宽设计领域。结合光纤传感器工程应用中常见的宽频信号激励形式，给出宽带信号解调评价指标，以验证PGC卡森宽带调相带宽估计外推公式的估计准确性和适用性，统一指导PGC系统无失真解调输入信号能力的设计。

关键词：相位生成载波；光纤干涉型传感器；卡森准则；PGC解调；可承受信号能力 1 背景

相位干涉型光纤传感器相移灵敏度可以做的很高，光纤传感器高灵敏度的显著特点使其在微弱信号检测领域应用前景非常可观。然而导致这个特点的机理，也构成光纤传感器和传统的电类传感器在信号层面上最大的差异：即光纤传感器对于输入信号的响应属于调角范畴；而电类传感器对于输入信号的响应属于调幅范畴。角度调制属于非线性调制，调角信号会产生新的频率成分；而幅度调制属于线性调制，调幅信号不会产生新的频率成分。光纤传感器PGC调制解调系统的设计过程，只有结合输入信号的特征去确定调角信号带宽，才能选择合适的载波频率，使得调制解调过程输出的信号保真[1]。

文章以此为研究目的，借鉴了通信模拟角度调制领域常用的卡森调相带宽估计准则，将卡森准则从外差载波调相带宽估计场合[2-3]引入到PGC载波调相带宽估计领域：针对光纤传感器工程中典型宽带信号，如：线性调频信号，实测激振力模拟冲激信号，采用卡森宽带调角带宽估计公式确定出系统PGC载波频率，利用该载波频率解调相应的经过插值升采样处理的原始信号，并给出宽带信号解调好坏评价指标——时域的输入输出信号归一化相关系数

（Normalized Correlation Coefficient，NCC）以及归一化均方根误差（Normalized Root Mean Square Error，NRMSE），以验证PGC卡森宽带带限调相带宽估计外推公式的估计准确性和适用性，指导工程实际中宽频信号的解调。

2 调相带宽估计理论

PGC调制解调的过程即将基带调角信号搬移至载波基频及其各次谐波频率处，再经过本地传感处理将1倍频载波、2倍频载波处的频谱及其上下边带信息搬移至基带，得到含有输入信号的正弦和余弦信息，通过辨向及周期扩展实现大动态范围相位求解。