水表面声波的激光干涉探测信号解调技术研究

发布时间：2017-05-05 08:01

  本文关键词：水表面声波的激光干涉探测信号解调技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的发展,水下目标可以向越来越深的海底活动,而且运动速度越来越快,隐蔽性能越来越好,对潜艇等水下目标的噪声信息的捕捉与识别难度也越来越大,传统的声呐技术已经很难满足目标探测的要求。将激光干涉技术应用到水表面声波的探测中,对探测到的激光干涉信号解调,快速的还原出水下目标的相关信息,能够有效的实现对潜艇等水下军事目标的精准的探测、识别和定位,同时这项技术在海洋资源的探测开发和利用中也有重要作用。本课题基于激光干涉原理,将激光干涉技术应用到水表面声波的探测中,利用3×3耦合器法以及微分交叉相乘(DCM)技术,研制了基于DSP的水表面声波激光干涉探测信号的解调系统,快速实时地对信号进行解调还原出水下目标的相关信息,研究内容主要包括以下几个部分:对激光干涉法探测由水下声源振动引起的水表面声波以及探测中相位调制的原理进行了研究,分析了激光干涉探测水表面声波信号解调方法中谱分析法的不足,提出了相位解调方案,将3×3耦合器法应用到水表面声波干涉探测信号的解调中。深入研究了3×3耦合器法的解调原理,给出了从耦合器输出的光信号中解调出水表面声波信号的解调算法,确定以DCM方法为基础实现多普勒探测信号相位解调算法的研制。对激光多普勒探测光路进行了设计,搭建了一套基于声光耦合的干涉型全光纤探测光路。设计了硬件解调电路的各个电路模块,对相关算法模块的编程思路进行了梳理,在此基础上编制了以DCM相位解调算法为核心的DSP解调程序。利用设计的解调系统对由水下声源的振动引起的水表面声波进行解调实验,并对解调结果进行了分析。实验结果表明,对各个频率水表面声波信号进行3次测量,频率的最大相对误差的绝对值为0.67%。在声压不变的条件下,解调得到的水表面声波信号的频率与振幅之间的变化趋势与理论分析一致。初步验证了利用该解调系统实时还原出水表面声波信息的可行性。
【关键词】：水表面声波 干涉探测 解调 3×3耦合器 微分交叉相乘
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.3;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题研究的目的和意义9
• 1.2 水表面声波探测技术研究现状9-15
• 1.2.1 激光斜率扫描探测技术10-11
• 1.2.2 激光透射成像探测技术11-12
• 1.2.3 激光衍射探测技术12-14
• 1.2.4 激光干涉探测技术14-15
• 1.3 Mach-Zehnder干涉信号解调方法15-23
• 1.3.1 定向耦合器解调法16-17
• 1.3.2 相位生成载波解调法17-20
• 1.3.3 主动零差解调法20-22
• 1.3.4 经典外差解调法22-23
• 1.4 课题的主要研究内容23-25
• 第2章 水表面声波干涉探测信号解调的基本原理25-34
• 2.1 引言25
• 2.2 水表面声波的产生机理25
• 2.3 水表面声波的激光干涉探测原理25-27
• 2.4 干涉信号相位调制机理27-28
• 2.5 水表面声波干涉探测信号的解调方法28-32
• 2.5.1 谱分析法28-32
• 2.5.2 相位解调法32
• 2.6 本章小结32-34
• 第3章 水表面声波干涉探测信号解调系统的设计34-60
• 3.1 引言34-35
• 3.2 系统的总体设计方案35
• 3.3 水下声信号产生部分的设计35-36
• 3.4 实验光路的设计36-42
• 3.4.1 器件的选择36-39
• 3.4.2 光路设计39-42
• 3.5 信号处理模块的设计42-59
• 3.5.1 干涉信号解调的数学模型42-46
• 3.5.2 DCM与反正切解调法的对比46-51
• 3.5.3 解调系统的动态解调范围上限研究51-55
• 3.5.4 解调系统的群延迟特性研究55-57
• 3.5.5 解调系统的高通滤波器研究57-59
• 3.6 本章小结59-60
• 第4章 解调算法的DSP实现60-67
• 4.1 引言60
• 4.2 硬件电路设计60-64
• 4.2.1 A/D转换模块设计60-62
• 4.2.2 DSP模块设计62-64
• 4.3 软件设计64-66
• 4.3.1 软件流程设计64
• 4.3.2 微分器设计64-65
• 4.3.3 积分器设计65
• 4.3.4 高通滤波器设计65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第5章 解调系统的实验分析67-77
• 5.1 引言67
• 5.2 水表面声波干涉探测信号解调实验67-70
• 5.3 实验结果分析70-76
• 5.3.1 水表面声波解调信号频率的分析70-75
• 5.3.2 水表面声波解调信号幅值的分析75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-84
• 致谢84

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王燕;方尔正;;激光探测水下声信号方法原理与对比研究[A];第十二届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2009年

  本文关键词：水表面声波的激光干涉探测信号解调技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：345937