Погрешности метода синфазной и квадратурной демодуляции, создаваемые фильтром низких частот
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-3-325-331
Аннотация
Данная статья посвящена исследованию фазовых погрешностей интерферометрических сигналов, создаваемых фильтром низких частот в методе синфазной и квадратурной демодуляции (IQ-демодуляция). Погрешности посчитаны аналитическим методом и сопоставлены с погрешностями, полученными с помощью математического моделирования, в котором используются заранее посчитанные параметры: фаза, период дискретизации, параметры малости.
Основные результаты. В данной статье было показано, что погрешности фазы, полученные аналитическим методом, хорошо коррелируют с погрешностями, посчитанными с помощью математического моделирования. Данное исследование позволило рассчитать поправки к демодулируемой фазе, что, в свою очередь, улучшило этап вычисления фазы в квадратурном алгоритме демодуляции IQ с использованием функции арктангенса.
Практическая значимость. Полученные формулы, описывающие поправки к демодулируемой фазе, повысят точность квадратурного метода демодуляции, который применяется для обработки сигналов с интерферометрических приборов различного типа, например: рефлектометров, геофизических сейсмических систем, приборов для интерферометрической радиометрии и т. д.
Ключевые слова
При поддержке: Исследование проводилось в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № ФСЭР-2024-0006)
Об авторах
Г. П. Мирошниченко
http://nanojournal.ifmo.ru
Университет ИТМО
Россия
Университет ИТМО
Россия
Георгий П. Мирошниченко
Научно-исследовательский центр световодной фотоники
197101; Кронверкский пр. 49; Санкт-Петербург
А. Н. Аржаненкова
http://nanojournal.ifmo.ru
Университет ИТМО
Россия
Университет ИТМО
Россия
Алина Н. Аржаненкова
Научно-исследовательский центр световодной фотоники
197101; Кронверкский пр. 49; Санкт-Петербург
М. Ю. Плотников
http://nanojournal.ifmo.ru
Университет ИТМО
Россия
Университет ИТМО
Россия
Михаил Ю. Плотников
Научно-исследовательский центр световодной фотоники
197101; Кронверкский пр. 49; Санкт-Петербург
Список литературы
1. Li Y., et al. Phase Demodulation Methods for Optical Fiber Vibration Sensing System : A Review. IEEE Sensors J., 2022, 22 (3), P. 1842–1866.
2. Guojie Tu, Benli Yu, Mengmeng Zhao, Jiping Lin. A phase-sensitive optical time-domain reflectometry system with an electrical I/Q demodulator. Proceedings of the SPIE 10821, Advanced Sensor Systems and Applications VIII, 2018, 1082123.
3. Hartog A., Frignet B., Mackie D., Clark M. Vertical seismic optical profiling on wireline logging cable. Geophysical Prospecting, 2014, 62, P. 693–701.
4. He X., et al. Multi-event waveform-retrieved distributed optical fiber acoustic sensor using dual-pulse heterodyne phase-sensitive OTDR. Optics Letters, 2017, 42, P. 442–445.
5. Yu M., Liu M., Chang T., Lang J., Chen J., Cui H.-L. Phase-sensitive optical time-domain reflectometric system based on a single-source dual heterodyne detection scheme. Applied Optics, 2017, 56, P. 4058–4064.
6. Lu Y., Zhu T., Chen L., Bao X. Distributed vibration sensor based on coherent detection of phase-OTDR. J. of Lightwave Technology, 2010, 28 (22), P. 3243–3249.
7. Pan Z., Liang K., Ye Q., Cai H., Qu R., Fang Z. Phase-sensitive OTDR system based on digital coherent detection. Optical Sensors and Biophotonics, Proceedings of the SPIE 8311 (Optical Society of America), 2011, 83110S.
8. Yuelan Lu, Tao Zhu, Liang Chen, Xiaoyi Bao. Distributed Vibration Sensor Based on Coherent Detection of Phase-OTDR. J. of Lightwave Technology, 2010, 28 (22), 3243.
9. Yongkang Dong, Xi Chen, Erhu Liu, Cheng Fu, Hongying Zhang, Zhiwei Lu. Quantitative measurement of dynamic nanostrain based on a phase-sensitive optical time domain Reflectometer. Applied Optics, 2016, 55 (28), P. 7810–7815.
10. Qin M., He X., Liu F., Zheng X., Zhang M. Real-time phase demodulation and data administration of distributed optical fiber vibration sensing system. Proceedings of the SPIE, 2017, 10208, P. 1020810–1020818.
11. Zinan Wang, Li Zhang, Song Wang, Naitian Xue, Fei Peng, Mengqiu Fan, Wei Sun, Xianyang Qian, Jiarui Rao, Yunjiang Rao. Coherent Φ-OTDR based on I/Q demodulation and homodyne detection. Optics Express, 2016, 24 (2), P. 853–858.
12. Martins H.F., Shi K., Thomsen B.C., Martin-Lopez S., Gonzalez-Herraez M., Savory S.J. Real time dynamic strain monitoring of optical links using the backreflection of live PSK data. Optics Express, 2016, 24 (19), P. 22303–22318.
13. Yan Q., Tian M., Li X., Yang Q., Xu Y. Coherent Φ-OTDR based on polarization-diversity integrated coherent receiver and heterodyne detection. Proceedings of the SPIE, 2017, 10323, P. 1032383–1032386.
14. Fang G., Xu T., Li F. Heterodyne interrogation system for TDM interferometric fiber optic sensors array. Optics Communications, 2015, 341, P. 74–78.
15. Song M., Yin S., Ruffin P.B. Fiber Bragg grating strain sensor demodulation with quadrature sampling of a Mach–Zehnder interferometer. Applied Optics, 2000, 39 (7), P. 1106–1111.
16. Fu Y., Xue N., Wang Z., Zhang B., Xiong J., Rao Y. Impact of I/Q amplitude imbalance on coherent – OTDR. J. of Lightwave Technology, 2018, 36 (4), P. 1069–1075.
17. Faruk M.S., Kikuchi K. Compensation for In-Phase/Quadrature imbalance in coherent-receiver front end for optical quadrature amplitude modulation. IEEE Photonics J., 2013, 5 (2), 7800110.
18. Chang S.H., Chung H.S., Kim K. Impact of quadrature imbalance in optical coherent QPSK receiver. IEEE Photonics Technology Letters, 2009, 21 (11), P. 709–711.
19. Naitian Xue, Yun Fu, Chongyu Lu, Ji Xiong, Le Yang, Zinan Wang. Characterization and Compensation of Phase Offset in Φ-OTDR with Heterodyne Detection. J. of Lightwave Technology, 2018, 36 (23), P. 5481–5487.
20. Miroshnichenko G.P., Arzhanenkova A.N., Plotnikov M.Y. Errors in the demodulation algorithm with a generated carrier phase introduced by the low-pass filter. Scientific and Technical J. of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2023, 23 (4), P. 795–802 (in Russian).
21. Miroshnichenko G.P., Arzhanenkova A.N., Plotnikov M.Y. Investigation of the method of current thermal modulation of the wavelength VCSEL. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2022, 13 (6), P. 615–620.
Рецензия
Для цитирования:
Мирошниченко Г.П., Аржаненкова А.Н., Плотников М.Ю. Погрешности метода синфазной и квадратурной демодуляции, создаваемые фильтром низких частот. Наносистемы: физика, химия, математика. 2024;15(3):325-331. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-3-325-331
For citation:
Miroshnichenko G.P., Arzhanenkova A.N., Plotnikov M.Yu. Errors of in-phase and quadrature demodulation method created by low-pass filter. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2024;15(3):325-331. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-3-325-331
Просмотров:
28
Послать статью по эл. почте 