ENG
РУС
Поиск
Меню
О журнале
Политика открытого доступа
Редакционная коллегия
Редакционная политика
Редакционная этика
Правила рецензирования статей
Требования к оформлению статей
Формы представляемых документов
Рекомендации по оформлению ссылок на наш журнал
Редакция
Информация для подписчиков
Аннотации номера
Список авторов
Выпуски
Лицензионное соглашение
Порядок работы с персональными данными
Публикации
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры













































doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-4-795-802

УДК 681.787

Погрешности алгоритма демодуляции с генерируемой фазой несущей, вносимые фильтром низкой частоты

Мирошниченко Г.П., Аржаненкова А.Н., Плотников М.Ю.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Мирошниченко Г.П., Аржаненкова А.Н., Плотников М.Ю. Погрешности алгоритма демодуляции с генерируемой фазой несущей, вносимые фильтром низкой частоты // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 4. С. 795–802. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-4-795-802


Аннотация
Введение. Представлены результаты исследования погрешности метода гомодинной демодуляции на основе решений функции арктангенса (PGC-ATAN). Метод связан с использованием фильтра низких частот в данном алгоритме демодуляции фазы сигнала. Метод. Исследован метод демодуляции интерференционного сигнала методом PGC-ATAN. Обнаружены и рассмотрены погрешности на этапе фильтрации методом скользящего среднего. Аналитически рассчитаны поправки к сигналу с учетом погрешности, вносимой фильтром низких частот. Основные результаты. Выведены формулы для расчета поправок к сигналам S1(t), S2(t), S3(t), S4(t) полученным с помощью фильтрации исходного сигнала, умноженного на сигнал опорного генератора. Выполнено сравнение результатов расчетов с данными математического моделирования обработки интерференционного сигнала методом PGC-ATAN. Демодуляция сигнала с учетом поправок показала, что влияние на фазу сигнала оказывается небольшим при невысокой скорости нагрева. Замечено, что для высокоскоростных процессов погрешность может приводить к серьезным искажениям искомой фазы сигнала. Обсуждение. Рассчитанные поправки к обрабатываемому интерференционному сигналу позволят улучшить метод демодуляции на основе вычислений функции арктангенса и точнее рассчитывать искомую фазу сигнала.

Ключевые слова: PGC, интерферометрия, погрешности

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, госзадание № 2019-0923.

Список литературы
  1. Dandridge A., Tveten A.B., Giallorenzi T.G. Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982. V. 18. N 10. P. 1647–1653. https://doi.org/10.1109/jqe.1982.1071416
  2. McGarrity C., Jackson D. Improvement on phase generated carrier technique for passive demodulation of miniature interferometric sensors // Optics Communications. 1994. V. 109. N 3-4. P. 246–248. https://doi.org/10.1016/0030-4018(94)90687-4
  3. Kersey A.D. A Review of recent developments in fiber optic sensor technology // Optical Fiber Technology. 1996. V. 2. N 3. P. 291–317. https://doi.org/10.1006/ofte.1996.0036
  4. Wu K., Min Z., Liao Y. Signal dependence of the phase-generated carrier method // Optical Engineering. 2007. V. 46. N 10.P. 105602. https://doi.org/10.1117/1.2799518
  5. Lin W.-W., Huang S.-C., Chen M.-H. Fiber optic microampere dc current sensor // Optical Engineering. 2003. V. 42. N 9. P. 2551–2557. https://doi.org/10.1117/1.1597675
  6. Feng L., He J., Duan J.-Y., Li F., Liu Y.-L. Implementation of phase generated carrier technique for FBG laser sensor multiplexed system based on compact RIO // Proc. 1st Asia-Pacific Optical Fiber Sensors Conference, APOS.2008. https://doi.org/10.1109/APOS.2008.5226295
  7. Liu Y., Wang L., Tian C., Zhang M., LiaoY. Analysis and optimization of the PGC method in all digital demodulation systems // Journal of Lightwave Technology. 2008. V. 26. N 18. P. 3225–3233. https://doi.org/10.1109/jlt.2008.928926
  8. He J., Wang L., Li F., Liu Y. An ameliorated phase generated carrier demodulation algorithm with low harmonic distortion and high stability // Journal of Lightwave Technology. 2010. V. 28. N 22. P. 3258–3265. https://doi.org/10.1109/jlt.2010.2081347
  9. Azmi A.I., Leung I., Chen X., Zhou S., Zhu Q., Gao K., Childs P., Peng G. Fiber laser based hydrophone systems // Photonic Sensors. 2011. V. 1. N 3. P. 210–221. https://doi.org/10.1007/s13320-011-0018-3
  10. Plotnikov M.J., Kulikov A.V., Strigalev V.E., Meshkovsky I.K. Dynamic range analysis of the phase generated carrier demodulation technique // Advances in Optical Technologies. 2014. V. 2014. P. 815108. https://doi.org/10.1155/2014/815108
  11. Zhang A., Zhang S. High stability fiber-optics sensors with an improved PGC demodulation algorithm // IEEE Sensors Journal. 2016. V. 16. N 21. P. 7681–7684. https://doi.org/10.1109/jsen.2016.2604348
  12. Беликин М.Н., Плотников М.Ю., Стригалев В.Е., Куликов А.В., Киреенков А.Ю. Экспериментальное сравнение алгоритмов гомодинной демодуляции сигналов для фазового волоконно-оптического датчика // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 6. С. 1008–1014. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2015-15-6-1008-1014
  13. Volkov A.V., Plotnikov M.Y., Mekhrengin M.V., Miroshnichenko G.P., Aleynik A.S. Phase modulation depth evaluation and correction technique for the PGC demodulation scheme in fiber-optic interferometric sensors // IEEE Sensors Journal. 2017. V. 17. N 13. P. 4143–4150. https://doi.org/10.1109/jsen.2017.2704287
  14. Zhang Z., Zhang Z., Cheng J., Kong Y., Zhang L., Zhang D., Zhuang S., Peng W., Wu F., Zhu Y., Cui X. An improved phase generated carrier demodulation algorithm with high stability and low harmonic distortion // Optics Communications. 2022. V. 524. P. 128800. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2022.128800
  15. Zhang S., Chen Y., Chen B., Yan L., Xie J., Lou Y. A PGC-DCDM demodulation scheme insensitive to phase modulation depth and carrier phase delay in an EOM-based SPM interferometer // Optics Communications. 2020. V. 474. P. 126183. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.126183
  16. Li Q., Huang H., Lin F., Wu X. Optical micro-particle size detection by phase-generated carrier demodulation // Optics Express. 2016. V. 24. N 11. P. 11458–11465. https://doi.org/10.1364/OE.24.011458
  17. Yu Z., Dai H., Zhang M., Zhang J., Liu L., Jin X., Luo Y. High stability and low harmonic distortion PGC demodulation technique for interferometric optical fiber sensors // Optics & Laser Technology. 2019. V. 109. P. 8–13. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.07.055
  18. Christian T.R., Frank P.A., Houston B.H. Real-time analog and digital demodulator for interferometric fiber optic sensors // Proceedings of SPIE. 1994. V. 2191. P. 324–336. https://doi.org/10.1117/12.173962
  19. Zhang S., Zhang A., Pan H. Eliminating light intensity disturbance with reference compensation in interferometers // IEEE Photonics Technology Letters. 2015. V. 27. N 17. P. 1888–1891. https://doi.org/10.1109/lpt.2015.2444421
  20. Tong Y., Zeng H., Li L., Zhou Y. Improved phase generated carrier demodulation algorithm for eliminating light intensity disturbance and phase modulation amplitude variation // Applied Optics. 2012. V. 51. N 29. P. 6962–6967. https://doi.org/10.1364/AO.51.006962
  21. Yang X., Chen Z., Ng J.H., Pallayil V., Unnikrishnan C.K.C. A PGC demodulation based on differential-cross-multiplying (DCM) and arctangent (ATAN) algorithm with low harmonic distortion and high stability // Proceedings of SPIE. 2012. V. 8421. P. 84215J. https://doi.org/10.1117/12.974939
  22. Wang G.-Q., Xu T.-W., Li F. PGC demodulation technique with high stability and low harmonic distortion // IEEE Photonics Technology Letters. 2012. V. 24. N 23. P. 2093–2096. https://doi.org/10.1109/lpt.2012.2220129
  23. He J., Li F., Zhang W., Wang L., Xu T., Liu Y. High performance wavelength demodulator for DFB fiber laser sensor using novel PGC algorithm and reference compensation method // Proceedings of SPIE. 2011. V. 7753. P. 775333. https://doi.org/10.1117/12.885823
  24. Zhang W., Xia H., Pan C., Huang W., Li F. Differential self-multiplying-integrate phase generated carrier method for fiber optic sensors // Proceedings of SPIE. 2014. V. 9233. P. 92331U. https://doi.org/10.1117/12.2069764
  25. Peng F., Hou L., Yang J., Yuan Y., Li C., Yan D., Yuan L., Zheng H., Chang Z., Ma K., Yang J. An improved fixed phased demodulation method combined with phase generated carrier (PGC) and ellipse fitting algorithm // Proceedings of SPIE. 2015. V. 9620. P. 96200S. https://doi.org/10.1117/12.2190842
  26. Wu B., Yuan Y., Yang J., Liang S., Yuan L. Optimized phase generated carrier (PGC) demodulation algorithm insensitive to C value // Proceedings of SPIE. 2015. V. 9655. P. 96550C. https://doi.org/10.1117/12.2184268
  27. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Т. 2. Функции Бесселя, функции параболического цилиндра, ортогональные многочлены / 2-е изд., пер. с англ. Н. Я. Виленкина, М.: Наука, 1974.С. 15.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2023 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика