数字处理技术在传感检测系统中的应用仿真研究

论文摘要

光纤传感器自70年代末提出以来,由于它具有巨大的军事价值和民用价值,加上近20年由于光纤通信迅速发展引起的光纤领域的技术革新使大量技术走向成熟,光纤传感器获得了迅速的发展,目前已由基础研究转向应用研究,部分领域已经产品化。光纤传感器的相位生成载波(PGC)检测方案的数字化实现,由于其具有抗直流漂移、结构简单、易于阵列化处理等优点,已成为实际应用领域的发展趋势。论文详细论述了干涉型光纤传感器的PGC零差检测技术;重点分析了PGC全数字化实现中的若干关键技术,包括数值积分算法、趋势项效应问题;通过定点仿真研究了定点实现中趋势项效应产生原因;通过光纤传感器阵的测向仿真说明了不同使用场合对滤波器的选型要求;提出了三种去除趋势项的方法,并对新方法进行了计算机仿真;通过在Simulink中搭建的PGC解调系统模块,实现了积分前滤波处理方案,比较了积分前与积分后滤波处理的优劣。课题完成了对光纤传感检测数字化领域中关键问题的分析,指出了定点系统溢出问题的真正原因,提出、验证、实现了解决数值积分趋势项问题的对域处理、频域处理、最小二乘方法,并针对PGC数字化算法的工程实现,在硬件设计和软件编程上提出了一些改进意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤传感器简介
• 1.2 光纤传感器的特点及分类
• 1.3 课题研究的目的和研究意义
• 1.4 国外光纤传感器研究进展
• 1.5 国内对光纤传感器的研究
• 1.6 论文工作所涉及内容
• 第2章 干涉型光纤传感器理论
• 2.1 光纤相位调制机理
• 2.1.1 应力应变效应
• 2.1.2 温度效应
• 2.2 光纤干涉仪原理
• 2.3 相位载波（PGC）零差检测方案
• 2.3.1 干涉信号检测方案概述
• 2.3.2 PGC检测方案实现原理
• 2.3.3 PGC检测方案模型的数学分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 PGC数字化处理与数制
• 3.1 数字解调的必要性
• 3.1.1 模拟器件的温度漂移对PGC解调的影响
• 3.1.2 PGC数字解调的优点
• 3.2 采样频率的确定
• 3.2.1 光纤干涉仪输出干涉信号频谱成分
• 3.2.2 最低采样频率分析
• 3.3 数制的确定
• 3.3.1 定点数制
• 3.3.2 浮点数制
• 3.3.3 定点数与浮点数的内存结构
• 3.3.4 定点运算
• 3.3.5 定点和浮点数字处理器件的选型
• 3.4 本章小结
• 第4章 PGC检测方案的定点仿真
• 4.1 后端分析对PGC解调的要求
• 4.1.1 水下目标被动测向
• 4.1.2 测向工作对PGC系统解调的要求
• 4.2 定点仿真
• 4.2.1 仿真工具的选择
• 4.2.2 仿真运算操作的定点化表示
• 4.2.3 仿真步骤
• 4.2.4 定点仿真的效果分析
• 4.3 趋势项产生原因与几种解决方案
• 4.3.1 趋势项产生原因分析
• 4.3.2 时域高通滤波法去除趋势项
• 4.3.3 频域积分与频域滤波
• 4.3.4 最小二乘曲线拟合去除趋势项
• 4.4 本章小结
• 第5章 对积分方案的进一步探讨
• 5.1 积分前滤波方案
• 5.1.1 参考滤波方法
• 5.1.2 直接滤波法
• 5.2 积分步长与精度、误差
• 5.3 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