基于相位斜率确定单色频率干涉级次的低相干干涉解调方法

摘要

本发明涉及光纤传感领域，具体涉及了基于空间偏振低相干干涉技术的大气压强测量，公开了一种基于相位斜率确定单色频率干涉级次的低相干干涉解调方法，该方法利用低精度的相位斜率和一个标定函数来估测一个特定单色频率的绝对相位，并将估测的绝对相位和Fourier变换得到的相对相位之间的相位差除以2π并取其最接近的整数，就可以得到该单色频率的绝对相位，然后利用绝对相位实现低相干干涉的高精度解调。本发明适用于低相干干涉条纹的信号处理，目的在于准确确定一个特定单色频率的干涉级次，消除相位的2π不确定性，恢复绝对相位实现低相干干涉的解调。

主权项

1.一种基于相位斜率确定单色频率干涉级次的低相干干涉解调方法，其特征在于，利用低精度的相位斜率和一个标定函数来估测一个特定单色频率的绝对相位，然后通过估测的绝对相位和Fourier变换得到的该单色频率的相对相位之间的相位差来确定其干涉级次，恢复出该单色频率的绝对相位用于低相干干涉解调，该方法包括以下步骤：步骤（1）、进行标定实验，确定标定函数，实验中控制大气压强以一定的压强间隔单调递增，压强范围覆盖全部测量范围，压强间隔的选取需满足：压强间隔变化引起的相位变化量不超过π/2，具体包括以下三个步骤：随着大气压强的单调递增变化，分别获得相位斜率数组σ_i和对应的特定单色频率Ω_k的相对相位数组φ_i(Ω_k)，其中，相对相位数组φ(Ω_k)通过Fourier变换得到，i为压强变化序列号(i=1,2，...N)，起始压强对应数组序列号1，终止压强对应数组序列号N；对相对相位数组φ_i(Ω_k)按照下面的递归表达式进行相位展开以获得绝对相位数组上式中，floor[]函数返回小于或等于括号中参量的最大整数；以相位斜率数组为自变量，以展开后的绝对相位数组为因变量，通过三次多项式拟合得到标定函数表达式E(σ)，标定函数满足下面的拟合表达式：上式中，为三次多项式拟合后得到的估测绝对相位数组。步骤2、解调时，将相位斜率值σ代入标定实验中获得的标定函数E(σ)得到单色频率Ω_k的绝对相位的估测值，将绝对相位数组的估测值和Fourier变换得到的相对相位数组之间的相位差除以2π然后取其最接近的整数，得到单色频率Ω_k的干涉级次，即通过下面的表达式确定干涉级次：$m=\mathrm{int}\left[\frac{E\left(\sigma \right)-\phi \left({\Omega }_k\right)}{2\pi }\right]$上式中，m为干涉级次，int[]函数返回括号中参量的最接近的整数值，一旦确定了干涉级次，通过下面的表达式恢复出其绝对相位用于低相干干涉解调结果：