基于水面声光耦合的光纤水听器解调技术研究

论文摘要

光纤水听器在军事和民用上都有着巨大的潜力。它即可用于现代海军反潜作战,又可用于海洋环境检测、石油天然气勘探、陆地地震波检测,对国家的国防建设和工业发展有着重要的意义。本论文首先介绍了干涉型光纤水听器相位载波模拟解调电路设计,分析了其中重点元件模块的设计思路,并对解调算法进行了仿真,并将其与实验结果作对比,理论分析了调制光源时的伴生调幅对解调结果的影响,并阐述了该模拟电路方法存在的一些固有的缺点。本论文研究了基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器外差解调法,搭建了光路和电路系统,推导了解调算法,分析了解调输出的波形随着环境噪音的波动而出现随机涨落乃至消隐现象的原因。本论文又提出了改进型的基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器的外差解调法,通过可调光纤延迟线来实现双路正交解调,给出了软件设计流程和电路中各个模块的设计思路。通过实验证明该系统能较好地消除消隐现象,又分析了该水听器的灵敏度和动态范围,最后和其他类型的水听器作以比较,得出该水听器及其解调系统具有降低激光器的相位噪声,解调电路结构简单,相位连续可调,解调输出稳定等优点。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 光纤水听器概述
• 1.2 光纤水听器的分类
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究进展
• 1.3.2 国内研究进展
• 1.4 课题的研究意义
• 1.5 论文研究的内容
• 2 干涉型光纤水听器的基本原理
• 2.1 Mach-Zehnder光纤干涉仪的原理
• 2.2 光纤水听器调制原理
• 2.3 水面声光耦合原理
• 2.4 干涉型光纤水听器的解调方法
• 2.4.1 主动零差法
• 2.4.2 被动零差法
• 2.4.3 相位载波（PGC）法
• 2.4.4 普通外差法
• 2.4.5 合成外差法
• 2.4.6 伪外差法
• 2.5 本章小结
• 3 干涉型光纤水听器相位载波模拟电路解调
• 3.1 模拟电路设计
• 3.1.1 整体原理图
• 3.1.2 低通滤波器
• 3.1.3 微分器
• 3.1.4 积分器
• 3.2 仿真结果
• 3.3 实验结果
• 3.4 结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器外差解调法
• 4.1 基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器外差解调系统结构
• 4.1.1 系统结构
• 4.1.2 解调原理
• 4.2 解调波形图
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 改进型基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器外差解调法
• 5.1 改进型基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器外差解调系统结构
• 5.1.1 系统结构
• 5.1.2 实物照片
• 5.2 电路模块设计
• 5.2.1 放大调基准模块
• 5.2.2 差分模块
• 5.2.3 A/D转换模块
• 5.2.4 DSP模块
• 5.3 软件设计
• 5.3.1 程序流程图
• 5.3.2 采样频率的确定
• 5.3.3 微分器的设计
• 5.3.4 积分器的设计
• 5.3.5 带通滤波器的设计
• 5.4 解调波形图
• 5.5 实验结果分析
• 5.5.1 消隐的消除和多径的分析
• 5.5.2 灵敏度及动态范围分析
• 5.5.3 与其他解调法的对比
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间的专利申请