F-P型光纤水听器数字解调算法的研究

论文摘要

光纤水听器的研究最早开始于上个世纪七十年代,其突破了传统压电陶瓷水听器灵敏度低、响应频带窄等限制。在各类光纤水听器中,F—P型光纤水听器由于信号传感传输都在一根光纤上完成,不存在偏振衰落等双光路干涉的固有缺点,另因多光束干涉原理,灵敏度更高。目前,F-P型光纤水听器的负反馈解调方法时常会出现工作点漂移等现象,不能达到实际工作要求；传统的PGC解调对噪声具有较好的抑制作用,且具有很高的灵敏度和较大的动态范围,却局限于双光束干涉型光纤水听器的信号检测处理技术中。因此F-P型光纤水听器的解调研究如何突破瓶颈,从而提高水下探测的精度成为研究的重点。本文研究了F-P型光纤水听器输出信号的直流特性和负反馈最佳工作点的解调原理,得出负反馈解调方式不能有效辨别噪声信号或者声信号幅度变化对直流漂移的影响,从而导致工作点漂移,为负反馈解调方法改进提供参考。另外本文从一个新的角度提出了针对F-P型光纤矢量水听器的PGC解调方法,从而提高了F-P型水听器解调的灵敏度,并用MATLAB仿真验证了其算法的可行性。并且在对F-P型PGC解调理论研究的基础上,分析了光源起伏等因素对其的影响,为解调提供依据。通过对PGC原理的分析,最终确立了数字化的解调方案,并对方案中采集信号的频谱、生成载波、预解调中得到输入光强I0等关键技术进行了研究,并按照此方案设计了DSP解调电路、PIC调制电路和光电转换电路等。编写了AD数据采集程序和预解调程序,用软件的方法设计了低通、高通滤波器,实现了数值微分和积分的运算,并将程序下载到DSP中,通过模拟输入信号联调测试了算法,验证了算法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 美国的研究情况
• 1.2.2 欧共体等国家研究情况
• 1.2.3 我国研究情况
• 1.3 光纤水听器分类
• 1.3.1 强度型光纤水听器
• 1.3.2 光栅型光纤水听器
• 1.3.3 相位干涉型光纤水听器
• 1.4 论文研究目的及文章内容结构
• 第2章 F-P型光纤水听器原理及负反馈解调分析
• 2.1 F-P型光纤水听器系统组成
• 2.2 F-P干涉仪的谐振腔的工作原理
• 2.3 F-P型光纤水听器负反馈解调
• 2.3.1 谐振腔最佳工作点的选择
• 2.3.2 负反馈解调工作点漂移分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 F-P型光纤水听器PGC解调原理及分析
• 3.1 传统PGC算法简述
• 3.2 F-P多光束干涉的PGC算法
• 3.3 F-P的PGC解调分析及模拟验证
• 3.3.1 F-P的PGC解调过程MATLAB仿真分析
• 3.3.2 光源强度起伏对F-P的PGC解调的影响
• 3.3.3 相位调制幅度—C值选择
• 3.4 F-P的PGC解调技术研究
• 3.4.1 F-P的PGC解调采用数字化解调方法
• 3.4.2 F-P水听器输出信号数据采集分析
• 3.4.3 F-P光纤水听器PGC载波生成
• 3.4.4 F-P光纤水听器预解调
• 3.5 本章小结
• 第4章 电路设计
• 4.1 硬件系统框图
• 4.2 AD与DSP接口设计
• 4.2.1 TMS320VC5509A多通道缓冲串口（McBSP）的工作原理
• 4.2.2 AD电路图
• 4.2.3 DSP电路板电源设计
• 4.3 PZT调制电路设计
• 4.3.1 驱动电源方案选择
• 4.3.2 DA与PIC单片机的电路连接
• 4.3.3 线性高压放大电路
• 4.4 PIN检测放大电路
• 4.5 本章小结
• 第5章 解调算法设计
• 5.1 F-P的PGC解调程序运行框图
• 5.2 AD数据采集编程设计
• 5.3 预解调的程序设计
• 5.4 数字滤波器的设计
• 5.4.1 数字滤波器优点
• 5.4.2 IIR与FIR数字滤波器的比较
• 5.4.3 FIR滤波器的原理分析
• 5.4.4 FIR数字滤波器基本结构
• 5.4.5 FIR滤波器设计
• 5.5 数值微分和积分
• 5.5.1 数值微分
• 5.5.2 数值积分
• 5.6 模拟实验验证
• 5.7 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