激光相干测振信号处理技术研究
发布时间：2022-12-06 23:20
激光相干探测技术自上世纪70年代出现后,因其具有高精度、非接触以及抗干扰等优点,同时较直接探测具有更好的灵敏度和信噪比,因而广泛用于微弱振动信号的检测,主要包括表面粗糙度测量、MEMS检测、伪装目标识别、激光语音侦听等领域。激光相干探测信号处理技术也经历了从传统模拟解调方式到数字解调方式的转变。由于国内在相干探测作用距离、探测精度方面仍处于落后状态,信号处理技术方面也存在较大进步空间。因此,开展激光相干测振信号处理技术方面的研究具有重要意义。为实现激光相干探测系统对微振动信号的高精度实时测量,本文在充分调研相关研究内容的基础上,通过理论分析、数值仿真以及实验研究相结合的方式对激光相干测振信号处理技术展开了深入研究。当目标物为对单频振动目标时,基于模拟解调的激光相干探测系统实现了探测距离为35米、最小可探测位移为100nm的精度;基于数字解调的激光相干探测系统在100米探测距离下实现了最小可分辨位移为8nm的探测精度,并实现了复杂语音振动信号的实时输出。文章的主要研究内容如下:（1）系统地介绍了激光相干探测基本理论、PGC解调技术以及激光线宽理论,对比分析了理想环境下和噪声环境下微分交叉...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 相关领域的国内外研究现状
1.2.1 激光相干测振技术的应用
1.2.2 激光相干测振信号处理技术研究进展
1.3 论文研究内容及章节安排
第2章 相干探测理论基础
2.1 激光相干基本理论
2.1.1 激光多普勒技术
2.1.2 光学探测方式
2.2 相位生成载波技术
2.2.1 微分交叉相乘算法
2.2.2 反正切算法
2.2.3 两种算法的数值仿真及对比分析
2.3 激光线宽对光电流功率谱的影响
2.3.1 激光线宽基本理论
2.3.2 数值仿真
2.4 相干探测系统最小可探测位移影响因素
2.4.1 声光调制器
2.4.2 目标物表面粗糙度
2.5 相干探测系统最小可探测位移模型
2.6 本章小结
第3章 模拟解调信号处理技术
3.1 模拟解调实现方案
3.2 模拟正交解调信号处理电路
3.2.1 正交信号的产生
3.2.2 电压控制增益模块
3.2.3 模拟滤波器设计
3.2.4 电源模块
3.2.5 模拟解调电路PCB板
3.3 本振信号虚假抑制比
3.4 本章小结
第4章 数字解调信号处理技术
4.1 数字解调系统概述
4.1.1 数字解调系统的AD采样过程
4.1.2 正交变换原理
4.2 正交混频低通滤波法
4.3 数字解调系统仿真
4.3.1 数字解调系统方案
4.3.2 数字解调系统Simulink模型
4.3.3 Simulink仿真分析
4.4 数字解调算法及电路
4.4.1 CORDIC解调算法
4.4.2 中频载波的频率锁定
4.4.3 数字解调电路
4.5 本章小结
第5章 激光相干微振动测量实验
5.1 激光相干微振动测量实验装置
5.1.1 目标物的选取
5.1.2 模拟解调方式
5.1.3 数字解调方式
5.2模拟解调系统微振动测量实验
5.2.1 单频振动目标
5.2.2 复杂振动目标
5.3数字解调系统微振动测量实验
5.3.1 单频振动目标
5.3.2 复杂振动目标
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于镜频抑制零差探测的全光纤测风激光雷达系统[J]. 陈玉宝,步志超,王振会. 北京理工大学学报. 2018(02)
[2]近距离激光外差探测光学极限位移分辨率[J]. 晏春回,王挺峰,张合勇,吕韬,吴世松. 物理学报. 2017(23)
[3]激光语音检测系统反正切补偿算法[J]. 晏春回,王挺峰,张合勇,吕韬,赵彦明. 红外与激光工程. 2017(09)
[4]激光光源线宽对外差探测性能的影响[J]. 李成强,王挺峰,张合勇,谢京江,刘立生,郭劲. 物理学报. 2016(08)
[5]激光外差探测对振动目标多普勒频谱成像[J]. 刘立生,张合勇,王挺峰,郭劲,陈长青. 光学精密工程. 2015(06)
[6]微多普勒效应激光平衡外差探测特性研究[J]. 郭力仁,胡以华,李政,徐世龙. 激光与红外. 2015(03)
[7]声光移频器对微多普勒效应探测的影响研究[J]. 郭力仁,胡以华,李政,徐世龙. 光学学报. 2015(02)
[8]光源参数及大气湍流对电磁光束传输偏振特性的影响[J]. 李成强,王挺峰,张合勇,谢京江,刘立生,郭劲. 物理学报. 2014(10)
[9]水下声场激光相干探测的实验研究[J]. 刘伟,张骏. 光电子技术. 2013(02)
[10]目标粗糙对合成孔径激光雷达回波的退相干效应[J]. 党文佳,曾晓东,冯喆珺. 物理学报. 2013(02)
本文编号：3711812
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 相关领域的国内外研究现状
1.2.1 激光相干测振技术的应用
1.2.2 激光相干测振信号处理技术研究进展
1.3 论文研究内容及章节安排
第2章 相干探测理论基础
2.1 激光相干基本理论
2.1.1 激光多普勒技术
2.1.2 光学探测方式
2.2 相位生成载波技术
2.2.1 微分交叉相乘算法
2.2.2 反正切算法
2.2.3 两种算法的数值仿真及对比分析
2.3 激光线宽对光电流功率谱的影响
2.3.1 激光线宽基本理论
2.3.2 数值仿真
2.4 相干探测系统最小可探测位移影响因素
2.4.1 声光调制器
2.4.2 目标物表面粗糙度
2.5 相干探测系统最小可探测位移模型
2.6 本章小结
第3章 模拟解调信号处理技术
3.1 模拟解调实现方案
3.2 模拟正交解调信号处理电路
3.2.1 正交信号的产生
3.2.2 电压控制增益模块
3.2.3 模拟滤波器设计
3.2.4 电源模块
3.2.5 模拟解调电路PCB板
3.3 本振信号虚假抑制比
3.4 本章小结
第4章 数字解调信号处理技术
4.1 数字解调系统概述
4.1.1 数字解调系统的AD采样过程
4.1.2 正交变换原理
4.2 正交混频低通滤波法
4.3 数字解调系统仿真
4.3.1 数字解调系统方案
4.3.2 数字解调系统Simulink模型
4.3.3 Simulink仿真分析
4.4 数字解调算法及电路
4.4.1 CORDIC解调算法
4.4.2 中频载波的频率锁定
4.4.3 数字解调电路
4.5 本章小结
第5章 激光相干微振动测量实验
5.1 激光相干微振动测量实验装置
5.1.1 目标物的选取
5.1.2 模拟解调方式
5.1.3 数字解调方式
5.2模拟解调系统微振动测量实验
5.2.1 单频振动目标
5.2.2 复杂振动目标
5.3数字解调系统微振动测量实验
5.3.1 单频振动目标
5.3.2 复杂振动目标
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于镜频抑制零差探测的全光纤测风激光雷达系统[J]. 陈玉宝,步志超,王振会. 北京理工大学学报. 2018(02)
[2]近距离激光外差探测光学极限位移分辨率[J]. 晏春回,王挺峰,张合勇,吕韬,吴世松. 物理学报. 2017(23)
[3]激光语音检测系统反正切补偿算法[J]. 晏春回,王挺峰,张合勇,吕韬,赵彦明. 红外与激光工程. 2017(09)
[4]激光光源线宽对外差探测性能的影响[J]. 李成强,王挺峰,张合勇,谢京江,刘立生,郭劲. 物理学报. 2016(08)
[5]激光外差探测对振动目标多普勒频谱成像[J]. 刘立生,张合勇,王挺峰,郭劲,陈长青. 光学精密工程. 2015(06)
[6]微多普勒效应激光平衡外差探测特性研究[J]. 郭力仁,胡以华,李政,徐世龙. 激光与红外. 2015(03)
[7]声光移频器对微多普勒效应探测的影响研究[J]. 郭力仁,胡以华,李政,徐世龙. 光学学报. 2015(02)
[8]光源参数及大气湍流对电磁光束传输偏振特性的影响[J]. 李成强,王挺峰,张合勇,谢京江,刘立生,郭劲. 物理学报. 2014(10)
[9]水下声场激光相干探测的实验研究[J]. 刘伟,张骏. 光电子技术. 2013(02)
[10]目标粗糙对合成孔径激光雷达回波的退相干效应[J]. 党文佳,曾晓东,冯喆珺. 物理学报. 2013(02)
本文编号：3711812
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3711812.html
