仪器仪表学报

作者：梁楸岷，王敏，杨平，王文侠，郑慧峰

单位：梁楸岷,1.中国计量大学计量测试与仪器学院杭州310018； 2.中国计量科学研究院北京100029,qiumin_liang@123.com,王敏,2.中国计量科学研究院北京100029； 3.先进溯源技术创新中心北京102200,wangmin@nim.ac.cn,杨平,2.中国计量科学研究院北京100029； 3.先进溯源技术创新中心北京102200,,王文侠,中国计量科学研究院北京100029,,郑慧峰,中国计量大学计量测试与仪器学院杭州310018,

关键词：干涉型光纤水听器;非理想3×3耦合器;Sampson距离;椭圆拟合;弱信号解调

基金：国家重点研发计划项目（2022YFF0607503）、中央科研院所基本科研业务费项目（AKYZZ2413，AKYKF2410）、浙江省属高校基本科研业务费专项资金项目（2023YW89）资助

基于3×3耦合器的干涉型光纤水听器在海洋目标监测中已经进入工程化应用阶段，其相移信号解调通常采用基于最小二乘法的椭圆拟合对干涉信号进行参数估计，以消除非理想3×3耦合器引起的解调结果偏差问题。然而，当光纤水听器接收信号较弱，通过干涉仪产生的相移较小时，干涉信号形成的李萨如图椭圆不完整，最小二乘法的高曲率偏差问题会导致拟合解调的相移信号结果出现较大偏差。此外，尽管正交距离拟合方法可以有效拟合不完整椭圆，但其计算复杂且耗时较长，不利于实现实时解调。针对上述问题，提出了一种基于Sampson距离参数估计的光纤水听器弱信号解调方法。通过Sampson距离拟合3×3耦合器光纤水听器接收弱信号时形成的不完整李萨如图椭圆，能够准确拟合估计光纤水听器输出干涉信号参数，不仅提高了解调精度，还显著提升了计算效率，优于正交距离拟合方法。通过数值仿真对比分析了Sampson距离与最小二乘法、正交距离的解调结果。结果表明，所提Sampson距离解调方法在弱信号条件下的拟合解调误差小于最小二乘法，且解调耗时远低于正交距离。依托激光干涉法自由场校准系统和振动液柱法低频校准系统，分别在10~30kHz、20Hz~2kHz频率范围内对光纤水听器解调方法进行了实验对比验证，证明了所提Sampson距离解调方法的有效性。

来源：2025年第3期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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