1 华北光电技术研究所 固体激光技术重点实验室，北京 100015
2 上海羽宸光电技术有限公司，上海 200333
在激光雷达远程测距中，雷达接收机需要在接收信号信噪比较低的背景下，对其中的有用信号进行识别、提取和判决。因此，为保证雷达系统的探测距离和精度，在激光发射功率一定的前提下，需在信号接收处理的各环节中设法提高信号的信噪比。当前外差式激光雷达接收机在变频时将本振光和信号光直接混频，导致镜像频率噪声与有用信号叠加，致使解调信噪比恶化。针对激光雷达接收机提高信号信噪比的需求，提出了一种在信号解调过程中对镜频干扰进行抑制，从而提高解调信噪比的方法。采用光电联合I/Q下变频，首先参考Hartley结构，在光信号的解调过程中对镜频处的噪声进行抵消，随后采用I/Q支路不平衡补偿算法对潜在的双支路不平衡量进行矫正，最后使用数字正交下变频将中频信号解调至基带。仿真和实验表明，该方法能够有效消除调频信号变频过程中引入的镜像频率噪声，相较于传统激光相干雷达接收机方案，该方案解调得到的基带信号信噪比提升了约3 dB。
相干激光雷达 镜频抑制 正交解调 雷达接收机 coherent laser radar mirror frequency suppression quadrature demodulation radar receiver 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230172
浙江理工大学精密测量技术实验室，浙江 杭州 310018
针对Pound-Drever-Hall（PDH）技术存在的线性动态范围窄、抗干扰能力弱的问题，提出一种基于双调制深度+双误差信号的PDH稳频方法。首先采用数字正交解调技术精确提取干涉信号相位以实现本振信号相位和干涉信号相位的自动匹配；然后利用透射功率信号和传统误差信号构建一个新误差信号，以扩大PDH稳频系统的线性动态范围；接着，采用大调制深度对应的新误差信号实现快速捕获和预锁定；最后，采用小调制深度对应的误差信号实现精确锁定。锁定后，可根据幅值变化自动切换调制深度和误差信号，实现大线性动态范围和高灵敏度的PDH稳频。研制了基于现场可编辑逻辑门阵列（FPGA）的稳频控制系统，对法布里-珀罗腔进行了锁定测试。实验结果表明，双调制深度+双误差信号的自适应锁定机制可极大地提高锁定系统的抗干扰能力，且锁定精度高，3小时腔长相对稳定度达5.72×10-9，所提方法可以广泛应用于激光频率/谐振腔锁定等领域。
Pound-Drever-Hall稳频 线性动态范围 法布里-珀罗腔 相位匹配 数字正交解调 光学学报
2023, 43(19): 1907001
中国电子科技集团公司第三十八研究所, 合肥 230088
从国内外最新的数字阵列雷达发展趋势入手, 总结了数字阵列技术向“宽带化、离散化、智能化、灵巧化”发展在调制自由度、信号特征处理、参数控制与算法加速方面亟待突破的问题, 同时对比分析了微波光子处理的适配性及优缺点, 以微波光子雷达实用化推进为目的, 对光模数转换、光正交解调、光波形产生、光射频总线、轻薄化集成等微波光子技术在数字阵列雷达系统中的应用进行了展望。
微波光子 数字阵列 超宽带 数字化收发 光模数转换 光正交解调 microwave photonics digital phased array ultra-wide band digital transceiver photonic analog-to-digital conversion photonic quadrature demodulation
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室，四川 成都 610209
正交相位解调是相干激光脱靶量检测中重要的信号处理方法，使用卡尔曼低通滤波器可以有效提高数字正交解调相位计的鉴相性能。针对噪声统计信息未知时，卡尔曼低通滤波器精度下降的问题，提出一种基于Sage-Husa自适应滤波的解决方法，该方法利用自适应因子调整状态预测协方差阵，有效降低模型误差，提高滤波精度。对所提方法进行Matlab仿真实验，结果表明，自适应卡尔曼滤波方法能有效地改善数字锁相解调器的鉴相性能，减小低信噪比下脱靶量解算误差。
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0112003
1 吉林大学仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130012
2 山东省科学院自动化研究所, 山东 济南 250014
对相位敏感光时域反射系统数字正交解调算法进行了研究。分析了正交解调算法中数字滤波器群延时对系统定位精度的影响, 提出采用重定位方法矫正定位误差; 同时, 研究了系统空间分辨率受正交解调算法中数字滤波器的影响, 并通过仿真和实验,验证并分析了上述问题。结果表明, 重定位方法可消除正交解调算法中数字滤波器造成的定位误差, 系统空间分辨率由系统结构与数字滤波器共同决定, 且由数字滤波器决定的空间分辨率随数字滤波器阶数的增加而增加。实验中解调选择112阶滤波器较佳。
光纤光学 光纤传感 相位敏感光时域反射系统 数字正交解调 数字滤波器 空间分辨率 中国激光
2017, 44(12): 1210002
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院精密仪器系, 陕西 西安 710048
2 西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室, 陕西 西安 710065
分析了传统Pound-Drever-Hall (PDH)激光稳频方法的工作原理，设计了一种基于正交解调原理的PDH 激光稳频方案。该方案采用直接数字频率合成器同时产生两路频率均为10 MHz 的正弦和余弦信号，其中正弦信号分为两路：一路用于驱动电光相位调制器以产生相位边带，另一路与余弦信号一起作为相位解调的参考信号。经相位调制后的激光束耦合进入F-P 参考腔，所产生的光外差干涉信号由光电探测器进行探测，其输出信号分别与两路正交参考信号进行混频，经低通滤波后得到误差信号的两个正交分量，二者经A/D 转换后进入微处理器进行正交相敏检波运算，即可得到PDH 稳频系统的误差信号。建立了正交解调PDH 激光鉴频实验系统，对F-P 参考腔的腔长进行线性扫描，观察到了鉴频曲线，其鉴频灵敏度为1.82 V/MHz，最大频率变化量为5.48 MHz。实验结果表明，所设计的正交解调PDH 稳频方案可行。
激光器 激光稳频 正交解调 直接数字频率合成器 鉴频曲线
1 桂林电子科技大学 信息与通信学院, 广西 桂林 541004
2 无线宽带通信与信号处理广西重点实验室, 广西 桂林 541004
针对激光侦测信号调制与传输特点, 提出一种基于多普勒移频的激光侦测系统, 研究声光多普勒移频效应理论, 探讨相干光平衡探测与正交解调原理, 从数值仿真和频域分析了系统抗噪性能及载频失配对信号恢复的影响, 给出基于声光移频效应的相干平衡激光侦测的技术实现方法.实验结果表明, 基于相干平衡探测与正交解调的激光侦测系统可有效抑制基底及过剩强度噪声对系统输出的影响, 进一步提高接收信噪比, 实现声波振动对界面产生微扰的非接触信号检测, 为实际应用提供一种有效的技术途径.
光学相干 声光移频 激光侦测 正交解调 噪声抑制 Optical coherence Acousto-optic frequency shift Laser interception Quadrature demodulation Noise suppression 光子学报
2015, 44(12): 1206004
天津大学 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
为了提高内镜超声成像质量, 本文提出一种基于高精度数字波束合成的内镜超声相控阵成像方案。在传统数字波束合成方法基础上, 利用高采样率ADC 设计了新的数字波束合成器, 与传统数字波束合成方法相比, 新方法的延时精度由8 ns 提高到1.4 ns。利用数字波束合成技术, 实现各通道回波信号的高精度逐点动态聚焦合成; 利用数字正交解调技术, 实现数字波束合成信号包络幅值的提取。对水槽中铁丝进行相控扫描成像实验, 实验结果表明使用数字波束合成能够显著抑制旁瓣, 横向分辨力提高25%, 信噪比提高3.7 dB。
超声成像 内镜 相控阵 数字波束合成 正交解调 ultrasonic imaging endoscope phased array digital beamforming quadrature demodulation
中国科学院武汉物理与数学研究所, 原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
光频移是影响相干布居囚禁（CPT）原子钟输出频率质量的重要因素之一，优化CPT原子钟光频移特性往往需要很长的调试时间。采用现场可编程门阵列，实现了一种数字正交解调方法，能够方便地优化原子钟与光频移相关工作参数，大大缩短了优化原子钟光频移特性所需时间，减少了调试工作量。该方法应用于原子钟生产可节省产品出厂调试周期和工作量。
光谱学 原子钟 光频移 数字正交解调 纵腔面发射激光器
南京理工大学毫米波光波近感技术研究所,江苏,南京,210094
Costas跳频信号是一种距离高分辨率的雷达信号,运动补偿是其实现距离高分辨率的核心技术. 本文采用波形熵法对这种信号的运动补偿进行了研究,并对波形熵的定义进行了优化. 仿真结果表明该方法可行,且对正交解调误差不敏感,有一定的抗噪性.
运动补偿 波形熵 正交解调. Costas Costas motion compensation waveform entropy quadrature demodulation
