本发明公开了一种双探测外差干涉语音获取系统，属于无线攻防技术领域，包括探测得到I光和Q光的光路探测部分和对探测得到的I光和Q光进行信号解调的信号解调部分；所述光路部分探测得到的I光和Q光两束光经过直流滤波后得到只含有交流分量的I光和Q光，然后两束光乘以相同的倍频信号，经过低通滤波器滤除高频部分得到两路正交基信号，将两路正交基信号依次进行相除、反正切和高通滤波后得到解调后的语音信号。本发明提供的双探测语音获取系统可以消除由于调制深度偏差导致非线性失真的影响，进而提高语音信号质量。
1.一种双探测外差干涉语音获取系统，其特征在于：包括探测得到I光和Q光的光路探测部分和对探测得到的I光和Q光进行信号解调的信号解调部分；
所述光路探测部分包括发射激光的激光器(1)、将光分成参考光和信号光的第一分光镜(2)、对参考光进行移频的声光调制器(3)、对移频后的参考光进行反射的反射镜(4)、对参考光进行圆偏振手性转换的半波片(5)、产生微弱振动的目标物(13)、对信号光调制偏振方向的第一偏振分光镜(6)、对载有振动信息的信号光和移频后的参考光进行混频后的光进行分束的第二分光镜(7)、第三偏振分光镜(8)、接收得到载有语音信息的Q光的第二光电探测器(9)、对光束进行圆偏振转换的四分之一波片(10)、第二偏振分光镜(11)、接收得到载有语音信息的I光的第一光电探测器(12)；所述第二偏振分光镜(11)和所述第三偏振分光镜(8)均用于调制光的偏振方向；
所述信号解调部分包括直流滤波模块、倍频模块、低通滤波模块、反正切解调模块；所述直流滤波模块将I光和Q光进行直流滤波得到只含有交流分量的I光和Q光；所述倍频模块将只含有交流分量的I光和Q光乘以相同的倍频信号；所述低通滤波模块将乘以相同的倍频信号后的I光和Q光滤除高频部分得到两路正交基信号；所述反正切解调模块将两路正交基信号依次进行相除、反正切和高通滤波后得到解调后的语音信号；
步骤1，激光器(1)发射激光经过第一分光镜(2)后分成参考光和信号光；参考光经过声光调制器(3)进行移频，移频后的参考光经过反射镜(4)反射后经半波片(5)转换后再与信号光通过第一偏振分光镜(6)后探测语音目标物(13)振动后的两路光进行混频，混频后的光再经过第二分光镜(7)分成两束光，一束光经过四分之一波片(10)转换和第三偏振分光镜(8) 调制后，由第一光电探测器(12)接收，得到载有语音信息的I光；另一束光经过第三偏振分光镜(8)调制后被第二光电探测器(9)接收，得到载有语音信息的Q光；
步骤2，直流滤波模块对步骤1得到的I光和Q光进行直流滤波处理；
步骤3，倍频模块将直流滤波后的I光和Q光进行贝塞尔函数展开，并乘以相同的倍频信号得到新的I光和Q光；
步骤4，低通滤波模块将新的I光和Q光进行低通滤波处理，得到两路正交基信号；
步骤5，反正切解调模块将两路正交基信号相除并进行反正切，经过高通滤波器得到解调后的语音信息。
2.根据权利要求1所述的一种双探测外差干涉语音获取系统，其特征在于：步骤1中得到的I光光强和Q光光强表达式分别为：I＝A+Bcos[ccos(wt)+φs(t)]
3.根据权利要求1所述的一种双探测外差干涉语音获取系统，其特征在于：步骤2中，直流滤波后的I光和Q光表示为：I＝Bcos[ccos(wt)+φs(t)]
4.根据权利要求1所述的一种双探测外差干涉语音获取系统，其特征在于：步骤3中新的I光和Q光表示为：I(t)＝B[J0(c)cos(wt)‑2J2(c)cos(2wt)cos(wt)+2J4(c)cos(4wt)cos(wt)]cosφs(t)+2
B[‑2J1(c)cos(wt)+2J3(c)cos(3wt)coswt]sinφs(t)2
Q(t)＝B[2J1(c)cos (wt)‑2J3(c)cos(3wt)coswt]cosφs(t)+B[J0(c)cos(wt)‑2J2(c)cos(2wt)cos(wt)+2J4(c)cos(4wt)cos(wt)]sinφs(t)式中，B为光强。
5.根据权利要求1所述的一种双探测外差干涉语音获取系统，其特征在于：步骤4中得到的两路正交基信号表示为：I(t)＝‑BJ1(c)sinφs(t)
6.根据权利要求1所述的一种双探测外差干涉语音获取系统，其特征在于：步骤5中还原原始语音信号表示为：
一种双探测外差干涉语音获取系统
技术领域
[0001] 本发明涉及无线攻防技术领域，尤其是一种双探测外差干涉语音获取系统，用于激光侦听技术中。
背景技术
[0002] 激光语音获取技术具有操作简单、隐蔽性好、非接触性等优点，所以从20 世纪80年代起至今得到了迅速的发展。它的工作原理是通过一束激光照射到某一目标物上，其激光束携带着微小振动信号，利用载波信号的一倍频和二倍频对干涉信号进行混频得到两路正交信号，再通过反正切算法解调出原始振动信号。在解调过程中由于调制深度的偏差从而使解调效果产生了非线性失真，降低了语音的质量。
[0003] 声音是纵波，在传播过程中引起空气振动，这种振动传递到声音源附近的目标物上使其产生振动，其振动频率与语音频率相同，通过对目标物上振动信息的提取来实现语音信息的获取。激光外差相干语音获取系统以激光作为载体，利用语音引起的物体的振动使其产生相位差，通过对相位差的解调而还原出语音信息，该方法是以激光波长为度量尺，其精度可以达到亚纳米量级，所以对于语音引起的微小的振动也能很好的还原，大大提高了语音获取的有效性。
[0004] 如图1所示，为单探测外差光路。激光器发射光束经分束镜分成两路信号，一路参考光经过声光调制器进行移频，另一路信号光探测目标物的振动两路光在光电探测1中进行混频从而输出中频信号。
[0005] 如图2所示，为反正切算法流程。反正切算法的前提是产生两路正交信号，所以在得到中频信号后分别与一倍频和二倍频信号相乘，得到两路正交信号，经过低通滤波滤除高频部分，得到两路正交基信号，两路正交基信号进行相除、反正切、高通滤波后还原出原始信号，但反正切算法因其分别乘以一倍频和二倍频导致在解调过程中受到调制深度的影响，产生了非线性失真。
发明内容
[0006] 本发明需要解决的技术问题是提供一种双探测外差干涉语音获取系统，能够使语音探测系统消除调制深度的影响，避免非线性失真，从而提高语音探测系的性能，使其具有较强的语音探测能力和广泛的应用场景。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0008] 一种双探测外差干涉语音获取系统，包括探测得到I光和Q光的光路探测部分和对探测得到的I光和Q光进行信号解调的信号解调部分；
[0009] 所述光路探测部分包括发射激光的激光器、将光分成参考光和信号光的第一分光镜、对参考光进行移频的声光调制器、对移频后的参考光进行反射的反射镜、对参考光进行圆偏振手性转换的半波片、产生微弱振动的目标物、对信号光调制偏振方向的第一偏振分光镜、对载有振动信息的信号光和移频后的参考光进行混频后的光进行分束的第二分光镜、第三偏振分光镜、接收得到载有语音信息的Q光的第二光电探测器、对光束进行圆偏振转换的四分之一波片、第二偏振分光镜、接收得到载有语音信息的I光的第一光电探测器；所述第二偏振分光镜和所述第三偏振分光镜均用于调制光的偏振方向；
[0010] 所述信号解调部分包括直流滤波模块、倍频模块、低通滤波模块、反正切解调模块；所述直流滤波模块将I光和Q光进行直流滤波得到只含有交流分量的I光和Q光；所述倍频模块将只含有交流分量的I光和Q光乘以相同的倍频信号；所述低通滤波模块将乘以相同的倍频信号后的I光和Q光滤除高频部分得到两路正交基信号；所述反正切解调模块将两路正交基信号依次进行相除、反正切和高通滤波后得到解调后的语音信号。
[0011] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述系统的工作过程包括以下步骤：
[0012] 步骤1，激光器发射激光经过第一分光镜后分成参考光和信号光；参考光经过声光调制器进行移频，移频后的参考光经过反射镜反射后经半波片转换后再与信号光通过第一偏振分光镜后探测语音目标物振动后的两路光进行混频，混频后的光再经过第二分光镜分成两束光，一束光经过四分之一波片转换和第三偏振分光镜调制后，由第一光电探测器接收，得到载有语音信息的I光；另一束光经过第三偏振分光镜调制后被第二光电探测器接收，得到载有语音信息的Q光；
[0013] 步骤2，直流滤波模块对步骤1得到的I光和Q光进行直流滤波处理；
[0014] 步骤3，倍频模块将直流滤波后的I光和Q光进行贝塞尔函数展开，并乘以相同的倍频信号得到新的I光和Q光；
[0015] 步骤4，低通滤波模块将新的I光和Q光进行低通滤波处理，得到两路正交基信号；
[0016] 步骤5，反正切解调模块将两路正交基信号相除并进行反正切，经过高通滤波器得到解调后的语音信息。
[0017] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1中得到的I光光强和Q光光强表达式分别为：
[0018] I＝A+Bcos[ccos(wt)+φs(t)]
[0019] Q＝A+Bsin[ccos(wt)+φs(t)]
[0020] 式中，A为直流分量，B为光强，c为调制深度。
[0021] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2中，直流滤波后的I光和Q光表示为：
[0022] I＝Bcos[ccos(wt)+φs(t)]
[0023] Q＝Bsin[ccos(wt)+φs(t)]。
[0024] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3中新的I光和Q光表示为：
[0025] I(t)＝B[J0(c)cos(wt)‑2J2(c)cos(2wt)cos(wt)+2J4(c)cos(4wt)cos(wt)]cosφs(t)
[0026] 2
[0027] +B[‑2J1(c)cos(wt)+2J3(c)cos(3wt)coswt]sinφs(t)
[0028] 2
[0029] Q(t)＝B[2J1(c)cos(wt)‑2J3(c)cos(3wt)cos wt]cosφs(t)
[0030] +B[J0(c)cos(wt)‑2J2(c)cos(2wt)cos(wt)+2J4(c)cos(4wt)cos(wt)]sinφs(t)。
[0031] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4中得到的两路正交基信号表示为：
[0032] I(t)＝‑BJ1(c)sinφs(t)
[0033] Q(t)＝BJ1(c)cosφs(t)。
[0034] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤5中还原原始语音信号表示为：
[0035]
[0036]
[0037] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0038] 1、本发明通过在光路探测部分中采用两个探测器进行探测得到载有语音信息的I光和Q光，然后经过直流滤波得到只含有交流分量的I光和Q光，将只含有交流分量的I光和Q光乘以相同的倍频信号，经过低通滤波器后得到两路正交基信号，将得到的两路正交基信号相除、反正切以及高通滤波后得到原始信号，不仅消除了光强对解调语音信号的影响，还消除了原本反正切算法中存在的调制深度的影响，避免了非线性失真，提高了系统语音探测的质量。
[0039] 2、本发明设计的双探测外差干涉语音获取系统和反正切算法相结合解调出来的信号能够很好的消除调制深度的影响，避免了非线性失真，最大程度的还原出原始的信号。
附图说明
[0040] 图1是本发明中现有技术的单探测外差光路示意图；
[0041] 图2是本发明中现有技术的反正切算法流程图；
[0042] 图3是本发明中双探测外差光路信号获取示意图；
[0043] 图4是本发明中信号解调流程图；
[0044] 图5是本发明中单探测方式中调制深度不同对解调信号的影响曲线图；
[0045] 图6是本发明中双探测方式中调制深度不同对解调信号的影响曲线图；
[0046] 其中，1、激光器，2、第一分光镜，3、声光调制器，4、反射镜，5、半波片，6、第一偏振分光镜，7、第二分光镜，8、第三偏振分光镜，9、第二光电探测器，10、四分之一波片，11、第二偏振分光镜，12、第一光电探测器， 13、目标物。
具体实施方式
[0047] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：
[0048] 本发明中术语“第一”、“第二”……仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”……的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
[0049] 在激光侦听技术中，最关键的是获取质量好的语音，而在传统的解调信号过程中，微分交叉相乘解调算法会受到光强度、调制深度、光路损耗、偏振态等因素的影响使得所获语音信号质量不佳。反正切解调算法虽说消除了光强度的影响，但是由于调制深度的偏差，使解调结果产生了非线性，带来了严重的谐波失真和总谐波失真。
[0050] 工作原理：
[0051] 声音是纵波，在传播过程中引起空气振动，这种振动传递到声音源附近的目标物上使其产生振动，通过对目标物振动信息的提取来实现语音信息的获取。双探测外差干涉语音获取系统是以激光作为载体，参考光通过声光调制器进行移频以达到外差探测的效果，利用目标物振动产生的相位调制，并通过解调算法还原出原始信号。解调算法是以激光波长作为度量尺，其精度可以达到亚纳米量级，所以对于语音引起的微小振动可以很好的还原。
[0052] 如图3、4所示，一种双探测外差干涉语音获取系统，包括探测得到I 光和Q光的光路探测部分和对探测得到I光和Q光进行信号解调的信号解调部分；
[0053] 所述光路探测部分包括发射激光的激光器1、将光分成参考光和信号光的第一分光镜2、对参考光进行移频的声光调制器3、对移频后的参考光进行反射的反射镜4、对参考光进行圆偏振手性转换的半波片5、产生微弱振动的目标物13、对信号光调制偏振方向的第一偏振分光镜6、对载有振动信息的信号光和移频后的参考光进行混频后的光进行分束的第二分光镜7、第三偏振分光镜8、接收得到载有语音信息的Q光的第二光电探测器9、对光束进行圆偏振转换的四分之一波片10、第二偏振分光镜11、接收得到载有语音信息的I光的第一光电探测器12；所述第二偏振分光镜11和所述第三偏振分光镜8均用于调制光的偏振方向；
[0054] 所述信号解调部分包括直流滤波模块、倍频模块、低通滤波模块、反正切解调模块；所述直流滤波模块将I光和Q光进行直流滤波得到只含有交流分量的I光和Q光；所述倍频模块将只含有交流分量的I光和Q光乘以相同的倍频信号；所述低通滤波模块将乘以相同的倍频信号后的I光和Q光滤除高频部分得到两路正交基信号；所述反正切解调模块将两路正交基信号依次进行相除、反正切和高通滤波后得到解调后的语音信号。
[0055] 一种双探测外差干涉语音获取系统的工作过程包括以下步骤：
[0056] 步骤1，激光器1发射一束激光，经过第一分光镜2分成两路光，一路作为参考光经过声光调制器3进行移频达到外差干涉的效果，移频后的参考光经反射镜4反射后通过半波片5；另一路作为信号光通过第一偏振分光镜6后探测目标物13的振动，从而达到相位调制的效果。反射回来的载有语音信息的信号光和通过半波片5的参考光进行混频，两束光混频后经过第二分光镜7分成两束相同的光，一束光经过四分之一波片10和第二偏振分光镜11被第一光电探测器12探测得到I光，另一束光经过第三偏振分光镜8被第二光电探测器9探测得到Q光，将得到的两路光信号乘以相同的倍频信号，可以有效抑制调制深度的影响，避免非线性失真。
[0057] I光光强和Q光光强表达式分别为：
[0058] I＝A+Bcos[ccos(w0t)+φs(t)] (1)
[0059] Q＝A+Bsin[ccos(w0t)+φs(t)] (2)
[0060] 式中，A为直流信号，B为光强，c为调制深度。
[0061] 步骤2，滤除直流信号后，I光光强和Q光光强表达式变为：
[0062] I＝Bcos[ccos(w0t)+φs(t)] (3)
[0063] Q＝Bsin[ccos(w0t)+φs(t)] (4)
[0064] 步骤3，式和式贝塞尔展开后得：
[0065]
[0066]
[0067] 式和式贝塞尔展开后分别乘以cosw0t得：
[0068]
[0069]
[0070] 步骤4，乘以相同倍频信号的I光和Q光经过低通滤波后得到：
[0071] I(t)＝‑BJ1(c)sinφs(t) (9)
[0072] Q(t)＝BJ1(c)cosφs(t) (10)
[0073] 步骤5，式(9)与式(10)相除，得到：
[0074]
[0075] 经过反正切后得到：
[0076]
[0077] 图5为单探测方式中调制深度对解调信号的影响曲线图，可以得出调制深度在c＝2.63时信号不存在失真，而当调制深度在c＝2.63附近发生变化时，信号产生非线性失真。
[0078] 图6为双探测方式中调制深度对解调信号的影响曲线图，可以得出当调制深度变化时，信号没有产生非线性失真。
[0079] 表1单探测与双探测方式调制深度不同时总谐波失真百分比
[0080] 调制深度 c＝1 c＝2 c＝2.63 c＝3单探测方式的THD 0.5789 0.5445 0.5192 0.5964
双探测方式的THD 0.5191 0.5193 0.5192 0.5192
[0081] 由表1可以得出单探测方式中调制深度c＝2.63时总谐波失真最小，此值为最佳调制度，当调制深度在c＝2.63附近变化时总谐波失真增加，导致其解调出来的信号存在非线性失真。双探测方式可以得到总谐波失真不随调制深度的变化而发生改变。
[0082] 由以上可知，本发明提出的一种双探测外差干涉语音获取系统消除了调制深度变化对总谐波失真的影响，避免了非线性失真，提高了系统的探测信噪比。
[0083] 综上所述，本发明提出的双探测外差干涉语音获取系统与反正切解调算法相结合，既可以有效的抑制光强扰动对解调结果的影响，又克服了反正切算法受调制深度影响而产生的非线性失真问题，可以更好地得到原始信号，提高系统的探测能力；双探测外差干涉语音获取系统在弱反射光强下也可以很好的得到原始信号。
[0084] 以上所述实施测试仅仅是对发明的性能进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
