基于FPGA的多维度调制信号数字域解调算法研究与实现
发布时间：2021-06-10 17:25
激光测振是一种高精度的测量技术,被广泛应用于军事目标与精密民用测量中。与传统的接触式速度计等测量设备相比较,激光测振技术具有更高的精确度和灵敏度。理想的外差激光测振系统的输出可认为是调频信号,但实际系统存在寄生幅度调制和载波泄露等问题。本文将调频和调幅的激光多普勒信号称为多维度调制信号。本论文“基于FPGA的多维度调制信号数字域解调算法的研究与实现”主要研究激光多普勒信号数字解调算法和载波泄露自适应对消算法,目的是在FPGA开发板上实现激光多普勒信号实时解调的同时,能对载波泄露信号进行有效的抑制。系统仅使用乘法器和加法器IP核,所有功能模块均是自行设计实现,拥有自主知识产权,有利于不同FPGA平台移植。针对激光多普勒信号实时解调的问题,设计并优化一种易于FPGA实现的正交解调系统。输入到系统的调制信号信噪比较低,需要对数字下变频后的正交基带信号进行滤波以抑制带外噪声。为节省FPGA有限的乘法器和逻辑资源,设计串行,并行和半并行的FIR滤波器满足不同速率信号的处理需要。研究并实现一种基于向量式CORDIC算法的高速多维度解调器。不仅能实时解调出正交基带信号I,Q的幅度信息,而且通过检测象...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?０ＦＶ－５０００Ｘｔｒａ激光测振仪??
任何形式的波沿着某个方向发生移动时，由于传播路程差造成发射和接收频??率变化，通常将这种变化成为多普勒频移［２７］。光具有波动性也会出现多普勒频移，??即当光源相对于光电探测器发生移动时，接收的光频率会发生变化［２８］。在图２．１??中有两个参考系，分别是Ｅ和Ｓ＇。光源位于参考系Ｓ的原点０，发出的辐射起源于??这个参考系。而观察者在参考系Ｓ＇中静止，并位于原点为〇＇，在该参考系中判断??接收光波的频率和波长。Ｐ点表示空间中的任意点，ａ？为沿光波传播方向原点０至??Ｔ３点的距离。由于本文仅考虑平面波，因此上述的坐标关系可以简单看成二维平面??问题。??？￣￣￣￣￣￣Ｉ??图２．１不同参考系中坐标变换??Ｆｉｇ．２．１?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｙｓｔｅｍｓ??在真空中光的传播速度为ｃ，?Ｐ点在参考系Ｓ的光场为五，￡表示为：??７??
２．４外差激光测振系统概述??２．４．１系统框图及原理??外差激光振动测量原理如图２．３所示，其相互干涉的两路光的频率不同，干涉??后产生一个差频信号。激光器输出的激光经过分束器后分成了两路光，一路用于??实现参考光，一路用于实现测量光。测量光经过声光调制器，实现频移。本论文??中频率增加了４０ＭＨｚ。移频后的测量光经过镜头照射在振动物体表面上，并进行??反射。反射光与参考光进行千涉后经过光电探测器获得调制的中频信号，其中中??频频率为４０ＭＨｚ。以下对测振原理进行理论分析。??移频后?１．１?????．．．．?——声器分束器．—激光器??被测?ｆ??振动?［太抿??物体?本振?参????考??光??反射光???合束器??ｉ????脊申??ｍｍ??酬器??图２．３外差激光测振原理??Ｆｉｇ．２．３?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光多普勒测振仪研究综述[J]. 刘杰坤,马修水,马勰. 激光杂志. 2014(12)
[2]FM信号数字化解调算法的改进与实现[J]. 刘立,向新,孙晔,王锋. 光通信研究. 2012(04)
硕士论文
[1]基于FPGA的激光多普勒测振的研究[D]. 秦文强.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]自适应滤波算法及其在电力谐波检测的应用[D]. 刘倩倩.西南交通大学 2018
[3]远距离激光振动检测技术的研究[D]. 汪啸.电子科技大学 2018
[4]基于FPGA的单频激光干涉仪信号处理方法研究[D]. 张欣.合肥工业大学 2018
[5]基于FPGA的宽带数字下变频技术研究[D]. 王钰.电子科技大学 2018
[6]LMS自适应滤波器优化设计与仿真分析[D]. 杨武.吉林大学 2017
[7]基于FPGA的数字接收机及频域均衡器设计与实现[D]. 屈建云.西安电子科技大学 2017
[8]单频激光干涉仪非线性原位校正与干涉光强自适应技术[D]. 周红霞.哈尔滨工业大学 2017
[9]数字下变频技术及其FPGA实现[D]. 刘伟.西安电子科技大学 2017
[10]激光多普勒干涉的双通道振动测量系统[D]. 黄浩钧.浙江大学 2017
本文编号：3222812
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?０ＦＶ－５０００Ｘｔｒａ激光测振仪??
任何形式的波沿着某个方向发生移动时，由于传播路程差造成发射和接收频??率变化，通常将这种变化成为多普勒频移［２７］。光具有波动性也会出现多普勒频移，??即当光源相对于光电探测器发生移动时，接收的光频率会发生变化［２８］。在图２．１??中有两个参考系，分别是Ｅ和Ｓ＇。光源位于参考系Ｓ的原点０，发出的辐射起源于??这个参考系。而观察者在参考系Ｓ＇中静止，并位于原点为〇＇，在该参考系中判断??接收光波的频率和波长。Ｐ点表示空间中的任意点，ａ？为沿光波传播方向原点０至??Ｔ３点的距离。由于本文仅考虑平面波，因此上述的坐标关系可以简单看成二维平面??问题。??？￣￣￣￣￣￣Ｉ??图２．１不同参考系中坐标变换??Ｆｉｇ．２．１?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｙｓｔｅｍｓ??在真空中光的传播速度为ｃ，?Ｐ点在参考系Ｓ的光场为五，￡表示为：??７??
２．４外差激光测振系统概述??２．４．１系统框图及原理??外差激光振动测量原理如图２．３所示，其相互干涉的两路光的频率不同，干涉??后产生一个差频信号。激光器输出的激光经过分束器后分成了两路光，一路用于??实现参考光，一路用于实现测量光。测量光经过声光调制器，实现频移。本论文??中频率增加了４０ＭＨｚ。移频后的测量光经过镜头照射在振动物体表面上，并进行??反射。反射光与参考光进行千涉后经过光电探测器获得调制的中频信号，其中中??频频率为４０ＭＨｚ。以下对测振原理进行理论分析。??移频后?１．１?????．．．．?——声器分束器．—激光器??被测?ｆ??振动?［太抿??物体?本振?参????考??光??反射光???合束器??ｉ????脊申??ｍｍ??酬器??图２．３外差激光测振原理??Ｆｉｇ．２．３?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光多普勒测振仪研究综述[J]. 刘杰坤,马修水,马勰. 激光杂志. 2014(12)
[2]FM信号数字化解调算法的改进与实现[J]. 刘立,向新,孙晔,王锋. 光通信研究. 2012(04)
硕士论文
[1]基于FPGA的激光多普勒测振的研究[D]. 秦文强.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]自适应滤波算法及其在电力谐波检测的应用[D]. 刘倩倩.西南交通大学 2018
[3]远距离激光振动检测技术的研究[D]. 汪啸.电子科技大学 2018
[4]基于FPGA的单频激光干涉仪信号处理方法研究[D]. 张欣.合肥工业大学 2018
[5]基于FPGA的宽带数字下变频技术研究[D]. 王钰.电子科技大学 2018
[6]LMS自适应滤波器优化设计与仿真分析[D]. 杨武.吉林大学 2017
[7]基于FPGA的数字接收机及频域均衡器设计与实现[D]. 屈建云.西安电子科技大学 2017
[8]单频激光干涉仪非线性原位校正与干涉光强自适应技术[D]. 周红霞.哈尔滨工业大学 2017
[9]数字下变频技术及其FPGA实现[D]. 刘伟.西安电子科技大学 2017
[10]激光多普勒干涉的双通道振动测量系统[D]. 黄浩钧.浙江大学 2017
本文编号：3222812
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