基于广义卡尔曼-布西滤波的压缩光相位自适应估计方法

发布时间：2021-12-02 02:10

　　应用量子理论获取导航测角中的相位参数,有望获取超越经典理论极限的定位精度.在利用量子零拍探测测量相位压缩光的相位时,本振相位与待测相位在正交的前提下得到的零拍电流受到散粒噪声的影响最小.为了保证本振相位能够时刻满足此条件,并考虑到导航系统非线性和实时性的特点,基于广义卡尔曼-布西滤波设计了零拍锁相环,对本振相位进行实时的反馈控制,进而实现对压缩光相位的实时估计.理论分析以及仿真结果表明,利用压缩光作为信号场获取相位参数时能够突破散粒噪声的限制,提高导航测角系统的定位精度,并且在最优压缩度处相位估计精度最高,最优压缩度取决于压缩光强度以及测量系统的相位稳定性. 

【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

l=0.33时反压缩度和压缩度的关系曲线

由式(24)～(28)可以得到基于广义卡尔曼-布西滤波的零拍锁相环如图2所示.在利用零拍探测对相位压缩光进行测量时,需要本振相位与信号场相位正交,才能最大程度地克服散粒噪声的影响,同时也能提高一阶泰勒展开的精度,所设计锁相环是把量测结果(这里的量测特指式(26))通过传递函数为H(s)的滤波器,然后将所得结果进行拉普拉斯反变换,得到状态估计值,最后根据估计相位调整本振相位的值. 以此循环,确保每一时刻测得的零拍电流受到最小的散粒噪声影响,从而得到相位压缩光的相位估计值.

如图3所示,相干态极限(coherent state limit ,CSL),即利用相干光得到的相位最小均方根误差,此时可以将相干光看作是压缩度为0 dB的压缩光,相对应的参数 R - sq =1 ,使用特定压缩度的压缩光可以使参数 R - sq <1 ,从而克服散粒噪声的影响;压缩态极限(squeezed state limit,SSL),表示利用不同压缩度的相位压缩光所能得到的相位最小均方根误差,其中l=0.33和l=0分别表示探测过程中有损耗以及无损耗的情况. 由式(3)可知,探测结果同时与压缩参数R-和反压缩参数R+有关,由此可知探测精度不会随着压缩度的增大而一直提高,而是在某一特定的最优压缩度下取得误差最小的情况,例如图3中总损耗l=0.33时,利用压缩度为-3.9 dB的压缩光相位探测精度最高,均方根误差为0.023;l=0时,利用压缩度为-9.1 dB的相位压缩光探测精度最高,均方根误差为0.016,并且随着压缩度的持续增高,反而得不到可以突破相干态极限的精度. 从图3还可以看出,损耗越大,压缩光对于探测精度的提高越不明显;反之探测效率越高,最优压缩度的压缩光可以突破经典物理带来的精度瓶颈,最大程度的超越相干态极限.3.2.2 实验二:均方根误差和相位压缩光幅度平方的关系

【参考文献】：
期刊论文
[1]深空导航无线电干涉测量技术的发展历程和展望[J]. 李海涛,周欢,郝万宏,董光亮.  飞行器测控学报. 2013(06)



本文编号：3527515