正交偏振激光测量的信号解调方法研究

论文摘要

正交偏振激光干涉信号的解调是实现高精度纳米级激光干涉测量的先决条件之一,现在和将来都将是整个激光干涉信号解调领域的重点课题。先进可靠的正交信号解调技术可以使得激光干涉仪的测量精度得到大幅度的提高,达到纳米甚至亚纳米级,因此,正交信号解调技术在诸如精密测量、微电子、超精加工、空间技术、材料科学等众多领域具有广泛的应用前景。本文围绕正交偏振激光干涉仪的信号输出特性,对正交干涉信号的相位解调技术做了深入的研究探索,重点进行了信号解调系统硬件设计,信号的非线性误差校准研究和条纹细分技术设计,主要的研究内容和取得的成果可归纳如下:首先,设计了低噪声增益可调的光电转换电路和抗混叠滤波电路以及非正交信号正交化预处理硬件电路,实现了低噪声高增益的光电转换和干涉信号预处理功能。其次,研究了激光干涉信号误差特性,首次深入讨论了基于最小二乘法的椭圆拟合算法参数误差特性,给出了校准算法判据,并通过设计实验,在TMS320VC5416评估板平台上对其进行了验证。再次,设计了干涉信号正切查表条纹细分软件方案,对细分误差进行了仔细研究,最终实现了一个周期内456点的条纹细分精度。最后,进行了正交干涉信号解调系统实验仿真研究,实验结果表明,本信号解调系统可以实现0.79nm测量位移分辨率,并最终给出了实验结果误差分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 正交偏振激光干涉信号解调技术发展现状
• 1.3 本文研究背景以及研究内容
• 第2章 正交干涉信号预处理理论
• 2.1 偏振激光干涉信号输出特性概述
• 2.2 信号预处理功能框图
• 2.3 基于最小二乘法的信号预处理方案
• 2.3.1 最小二乘法基本原理
• 2.3.2 多元线性回归算法
• 2.3.3 基于实时最小二乘法的椭圆拟合算法实现
• 2.4 本章小结
• 第3章 正交干涉信号非线性校准研究
• 3.1 激光干涉信号非线性校准方案概述
• 3.2 椭圆拟合算法原理及参数噪声特性对校正的影响
• 3.3 校准数据范围对校正的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 正交干涉信号细分算法研究
• 4.1 条纹细分法概述
• 4.2 本文采用的正交信号细分算法
• 4.2.1 正切查表插值细分法
• 4.2.2 正切插值查表算法误差
• 4.3 细分算法程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 正交干涉信号解调实验研究
• 5.1 正交信号解调的实现
• 5.2 基于DSP评估板的仿真实验
• 5.3 偏振正交干涉仪的解调实验
• 5.3.1 实验准备
• 5.3.2 实验系统的硬件设计
• 5.4 实验结果以及误差分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A 正交信号解调硬件电路实物图