技術(shù)特征：

1.一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)裝置，其特征在于所述裝置由模擬解調(diào)、數(shù)字補償和數(shù)字解調(diào)模塊組成：

所述模擬解調(diào)模塊是使用模擬電路實現(xiàn)干涉信號與一倍頻載波和二倍頻載波的混頻，以及使用6階貝塞爾低通濾波器，將高頻干涉信號轉(zhuǎn)換為濾除載波及高次諧波后的低頻信號；

所述數(shù)字補償模塊是由數(shù)據(jù)采集卡、失調(diào)補償單元和相位補償單元組成，數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)模擬解調(diào)輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到2路低頻數(shù)字信號；失調(diào)補償單元調(diào)節(jié)2路數(shù)字信號的直流偏置量，消除模擬解調(diào)引入的失調(diào)量；相位補償單元調(diào)節(jié)2路數(shù)字信號的相位，消除模擬解調(diào)模塊引入的相位噪聲；

所述數(shù)字解調(diào)模塊是使用微分交叉相乘單元、減法單元、積分單元和高通濾波單元，將2路低頻信號解調(diào)為被測信號，實現(xiàn)數(shù)字相位生成載波解調(diào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)裝置，其特征在于所述模擬解調(diào)模塊包括雙通道的混頻器和6階貝塞爾低通濾波器，每一個通道的混頻器和6階貝塞爾低通濾波器依次連接，模擬解調(diào)模塊的輸入包括干涉信號、一倍頻載波和二倍頻載波，模擬解調(diào)模塊的輸出連接到數(shù)字補償模塊的輸入。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)裝置，其特征在于所述數(shù)字補償模塊包括數(shù)據(jù)采集卡、失調(diào)補償單元和相位補償單元，數(shù)據(jù)采集卡、失調(diào)補償單元和相位補償單元均是雙通道，每個通道依次順序連接，數(shù)字補償模塊的輸入與模擬解調(diào)模塊的輸出連接，數(shù)字補償模塊的輸出與數(shù)字解調(diào)模塊的輸入連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)裝置，其特征在于所述數(shù)字解調(diào)模塊包括微分交叉相乘單元、減法單元、積分單元和高通濾波單元，微分交叉相乘單元是雙通道，其輸入即為數(shù)字解調(diào)模塊的輸入，微分交叉相乘單元的2路輸出連接減法單元的兩路輸入，減法單元的輸出為單路；減法單元、積分單元和高通濾波單元均是單通道，依次順序連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)裝置，其特征在于所述數(shù)字補償模塊的失調(diào)補償單元用于調(diào)節(jié)2路數(shù)字信號的直流偏置量，消除模擬解調(diào)模塊引入的失調(diào)量；失調(diào)補償單元包括2個加法器、2個低通濾波器和1個控制器，2個加法器的輸入連接前級數(shù)據(jù)采集卡的2路輸出；2個加法器的輸出連接2個低通濾波器的輸入，同時作為失調(diào)補償單元的輸出；2個低通濾波器的輸出連接控制器；控制器的輸出連接2個加法器，對加法器變量進(jìn)行設(shè)置；所述相位補償單元包括2個延遲器、1個乘法器、1個低通濾波器和1個控制器，2個延遲器的輸入分別連接前級失調(diào)補償單元的2路輸出；2個延遲器的輸出連接到乘法器的輸入，同時作為相位補償單元的輸出；乘法器、低通濾波器和控制器依次順序連接；控制器的輸出連接到2個延遲器。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)裝置，其特征在于所述數(shù)字解調(diào)模塊的微分交叉相乘單元由2個微分單元和2個乘法單元組成，通道1的輸入同時連接第一個微分單元和第二個乘法單元；通道2的輸入同時連接第二個微分單元和第一個乘法單元；2個乘法單元的輸出作為微分交叉相乘單元的輸出；所述減法單元用于配合微分交叉相乘單元，消除隨機相位衰落現(xiàn)象，使信號中只包含被測信號的微分形式；所述積分單元用于將被測信號的微分形式進(jìn)行積分，還原被測信號；所述高通濾波單元用于消除外界環(huán)境影響產(chǎn)生的相位差、初始相位差和其他因素產(chǎn)生的相位差之和，以及調(diào)制光源產(chǎn)生的相位差，從而得到被測信號。

7.一種采用模擬前端的數(shù)字相位生成載波解調(diào)方法，其特征在于包括以下步驟：

第1步：干涉信號分別與一倍頻載波信號和二倍頻載波信號混頻并進(jìn)行低通濾波，

干涉信號可以表示為：

其中，I表示干涉信號的光強；A是直流項，為常數(shù)；B是交流項幅度，為常數(shù)；Ccos(ω_Ct)是相位調(diào)制信號，C和ω_C分別是調(diào)制信號的幅度和頻率，均為常數(shù)，t表示時間；是被測信號作用在干涉儀上產(chǎn)生的相位差；φ₀表示外界環(huán)境影響產(chǎn)生的相位差、初始相位差以及其他因素產(chǎn)生的相位差之和；

一倍頻載波信號和二倍頻載波信號分別為Gcos(ω_Ct)和Hcos(2ω_Ct)，其中，G和H是倍頻信號的幅度，為常數(shù)，

混頻并進(jìn)行低通濾波后信號為：

其中，I₁表示干涉信號與一倍頻載波信號混頻并進(jìn)行低通濾波后的信號(第一路信號)；I₂表示干涉信號與二倍頻載波信號混頻并進(jìn)行低通濾波后的信號(第二路信號)；J₁(C)和J₂(C)是貝塞爾函數(shù)展開式的系數(shù)，為常數(shù)；k₁和k₂表示模擬解調(diào)引入的失調(diào)電壓，均為常數(shù)；和表示模擬解調(diào)引入的相位噪聲，均為常數(shù)；

第2步：數(shù)字補償

本發(fā)明涉及的數(shù)字補償通過失調(diào)補償單元和相位補償單元對由模擬解調(diào)造成的失調(diào)量和相位噪聲進(jìn)行補償，得到

其中，I_O1表示第一路信號消除模擬解調(diào)引入的失調(diào)量和相位噪聲后的信號；I_O2表示第二路信號消除模擬解調(diào)引入的失調(diào)量和相位噪聲后的信號；

第3步：消除隨機相位衰落

式(4)和式(5)經(jīng)過微分交叉相乘，得到

其中，I_DCM1表示第一路信號經(jīng)過微分交叉相乘后的信號；I_DCM2表示第二路信號經(jīng)過微分交叉相乘后的信號；表示的微分；

式(7)-式(6)，得到

其中，V′表示兩路微分交叉相乘后的信號相減的結(jié)果；

第4步：被測信號還原

對式(8)進(jìn)行積分，得到

其中，V表示對相減后信號積分的結(jié)果；M為積分常數(shù)；

對式(9)進(jìn)行高通濾波，得到被測信號

其中，S表示高通濾波后得到的最終解調(diào)信號；

所述失調(diào)補償單元，具體的實現(xiàn)方法為：

過程1：使用幅度為1V、頻率在被測信號頻率范圍內(nèi)的單頻余弦信號代替干涉信號輸入到模擬解調(diào)，該信號可以表示為：

I＝cos(ωt) (11)

其中，I表示模擬的干涉信號；ω表示信號角頻率，可選取為被測信號頻率范圍內(nèi)的任意數(shù)值；t表示時間；

幅度為1V的一倍頻載波信號和二倍頻載波信號同時輸入到模擬解調(diào)，信號分別表示為cos(ω_ct)和cos(2ω_ct)，ω_c是載波頻率，為常數(shù)；

經(jīng)過模擬解調(diào)后信號變?yōu)?/p>

其中，I₁表示第一路模擬解調(diào)后的信號；I₂表示第二路模擬解調(diào)后的信號；k₁、k₂表示模擬解調(diào)引入的失調(diào)電壓，均為常數(shù)；表示模擬解調(diào)引入的相位噪聲，均為常數(shù)；

過程2：首先設(shè)置失調(diào)補償單元的2個加法器的變量為a₁、a₂，則式(12)、(13)變?yōu)?/p>

其中，I₁′表示第一路模擬解調(diào)后經(jīng)過加法器的信號；I₂′表示第二路模擬解調(diào)后經(jīng)過加法器的信號；

過程3：經(jīng)過低通濾波后，式(14)、(15)變?yōu)?/p>

I₁″＝k₁+a₁ (16)

I₂″＝k₂+a₂ (17)

其中，I₁″表示第一路經(jīng)過低通濾波的信號；I₂″表示第二路經(jīng)過低通濾波的信號；

過程4：控制器根據(jù)低通濾波后的數(shù)值，調(diào)節(jié)2個加法器的變量，直到使式(16)、(17)為0；

過程5：保持加法器數(shù)值不變，接入干涉信號和載波信號到模擬解調(diào)，對被測信號進(jìn)行相位解調(diào)，此時失調(diào)補償單位消除了前級模擬解調(diào)引入的失調(diào)量；

所述相位補償單元，具體實現(xiàn)方法為：

過程1：使用幅度為1V、頻率在被測信號頻率范圍內(nèi)的單頻余弦信號代替干涉信號輸入到模擬解調(diào)，該信號可以用式(11)表示，

幅度為1V的一倍頻載波信號和二倍頻載波信號同時輸入到模擬解調(diào)，經(jīng)過模擬解調(diào)后變?yōu)槭?12)、(13)；

經(jīng)過失調(diào)補償單元后信號變?yōu)?/p>

其中，I_1OS表示第一路失調(diào)補償后的信號；I_2OS表示第二路失調(diào)補償后的信號；

過程2：設(shè)置相位補償單元的2個延遲器的變量為τ₁、τ₂，則式(18)、(19)變?yōu)?/p>

其中，I_1OS′表示第一路經(jīng)過延遲器的信號；I_2OS′表示第二路經(jīng)過延遲器的信號；

過程3：經(jīng)過乘法器，變?yōu)?/p>

其中，I_mul表示兩路經(jīng)過延遲器的信號相乘的結(jié)果；

過程4：經(jīng)過低通濾波，變?yōu)?/p>

其中，I_mul′表示I_mul經(jīng)過低通濾波后的信號；

過程5：控制器根據(jù)低通濾波后的數(shù)值，調(diào)節(jié)2個延遲器的變量，直到使式(23)為0；

過程6：保持延遲器數(shù)值不變，接入干涉信號和載波信號到模擬解調(diào)，對被測信號進(jìn)行相位解調(diào)，此時相位補償單位消除了前級模擬解調(diào)引入的相位噪聲。