微型光纤加速度计系统研究

光纤加速度计作为新型光纤传感器的一种,在高精度测量领域中有着不可替代的作用.实现光纤加速度计信号的解调,对于进一步提高传感器测量精度以及实用化都有着重要的意义.光源调频相位生成载波技术(PGC)常用于干涉型光纤传感器的信号解调,为了实现整个光纤传感系统的小型化,提高数据处理速度和解调精度,设计制作了应用于盘式光纤加速度计数字解调系统,系统以DSP和FPGA数字系统作为解调硬件电路的核心,实现对微型盘式光纤Michelson干涉仪相位信号检测.实验结果表明,微型盘式光纤加速度测量系统对微小振动信号检测有着很高的灵敏度,是高精度测量领域中的一个重要研究方向.     

基于多进制数字的相位解调技术的分析

文章介绍了多进制数字调制中的相位解调。文中在多进制数字相位调制系统模型基础上,引入了M进制相位调制信号的表达式,在多进制数字相位解调中分别对四相绝对相移键控和四相相对相移键控进行了详细地分析。并对四相绝对相移键控的解调采用与2PSK信号类似的方法进行解调,四相相对相移键控的解调分有相干解调和延迟解调两种分别进行了较详细地分析。     

无线声表面波传感信号的正交采样处理

声表面波(SAW)延迟线型无线传感器测量系统中，信号在反射栅上的延迟时间随着被测量的变化而发生改变．如何提取回波信号上的延时信息是提高传感器精度的关键．理论分析和实验都表明，以往采用的相干I、Q解调测量相位方法存在着较大的相位测量误差．为进一步减小这些误差，引入了基于多相滤波的正交变换方法对无线SAW信号进行检波处理，在数字域中实现整倍抽取和延迟校正滤波，实现信号的正交采样．仿真和实验结果表明，正交采样法能够消除模拟解调所带来的误差．这种方法既提高了相位检测精度．也保证系统容易实现．最后，给出了测试系统的硬件实现方案．     

基于多进制数字的相位解调技术的分析

文章介绍了多进制数字调制中的相位解调.文中在多进制数字相位调制系统模型基础上,引入了M进制相位调制信号的表达式,在多进制数字相位解调中分别对四相绝对相移键控和四相相对相移键控进行了详细地分析.并对四相绝对相移键控的解调采用与2PSK信号类似的方法进行解调,四相相对相移键控的解调分有相干解调和延迟解调两种分别进行了较详细地分析.     

光电信息检测综合设计实验教学探索

该文介绍了电子科技大学在光电信息检测综合设计实验中的教学探索。围绕光波参数调制与信号解调系统、光学传感系统、光纤传感系统三方面内容共开设了7个综合设计实验项目。实验覆盖光波强度、相位、偏振、波长调制方法与信号解调,一维到三维的光电测量,从单点、数组式到分布式的结构。该文以激光测径系统的设计与实现为例,介绍了在综合性、设计性实验中,如何引导学生综合运用理论知识,设计并搭建光电信息检测系统,培养学生面向工程的应用能力和创新能力。     

低复杂度的TDMA开环载波相位同步算法

研究了一种实用的开环载波相位估计算法。首先，应用QLBAR算法对QPSK信号进行相位估计，然后采用双ROM算法消除相位模糊抖动，经过算法改进后，系统的误比特率性能得到提高，并大大降低了运算复杂度，从而得到一种实用的开环载波相位估计算法。对改进前后的算法进行了性能仿真，在误码率为5×10-2时，信噪比比改进前降低了约1.5 dB。对于具有低复杂度和开环结构要求的星上解调来说，具有重要的实用价值。     

基于自适应算法的应答器传输模块解调方法研究

当前应答器传输模块解调应答器报文采用传统的非相干解调法和相干解调法,非相干解调法简单易于实现,但抗干扰性能差,难于解决接收信号的相位延迟的问题。相干解调法抗干扰性能好;但要求设置与发送设备中的高频信号载波同频同相的本地参考载波,实现起来过于复杂,且影响解调的速率。为了解决这些不足,尝试在应答器传输模块中引入通信领域先进的自适应算法对应答器报文2FSK信号进行解调,运用Matlab仿真软件进行了解调性能分析。结果表明自适应解调算法能较好地解决传统解调算法存在的不足,取得了较好的解调效果。     

干涉型光纤水听器的数字化解调

分析了干涉型光纤水听器相位载波（PGC）调制解调原理，给出了由载波信号生成2倍混频信号的方法，并通过对频谱的分析说明了系统可降采样的原理，提出了基于数字信号处理器（DSP）的干涉型光纤水听器相位载波（PGC）检测的数字化实现方法．对硬件系统进行了合理的设计，对软件算法进行了优化，提高了系统的运行效率，满足了实时性要求．     

正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频技术实验研究

为了提高激光器的频率稳定度,设计了基于正交解调原理的Pound-Drever-Hall(PDH)稳频系统。该系统采用直接数字频率合成器同步产生三路同频正弦和余弦信号,其中一路正弦信号用作电光相位调制器的驱动信号,另两路正弦和余弦信号同时用作相位解调的参考信号。解调所得PDH稳频系统的误差信号用于反馈调节激光器腔长,使得激光器频率自动稳定到Fabry-Perot(F-P)参考腔的谐振频率上。建立了正交解调PDH稳频实验系统,实验结果表明,在1.5 h稳频时间内,激光器的频率漂移不超过±0.13 MHz,根据Allan方差计算得到其频率稳定度优于1.2×10^-11。这种稳频激光器可用作合成波绝对距离干涉测量系统的理想光源。     

一种基于COSTAS环的光纤地震计解调算法

光纤地震计作为一种新的地震监测手段,具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点。传统的干涉型光纤地震计使用相位生成载波(PGC)算法作为相位解调方法,该算法结构简单,但是由于该算法为开环检测算法,在系统静态相位发生很大变化时,将会出现较大的谐波失真,同时导致解调结果不准确。COSTAS环是无线通信载波同步过程中的一种闭环反馈结构,文中将COSTAS环作为PGC算法的反馈环路,通过2个正交分量对干涉信号进行锁相,可以校正地震计系统自身相移,该算法有效地降低解调结果谐波失真度。     

基于3×3耦合器的分布反馈激光器振动传感解调算法

本文采用分布反馈(DFB)激光器作为传感头,搭建了一种基于3×3耦合器的光纤振动传感系统。在基于微分交叉相乘算法(NPS)的基础上,提出了一种新的解调算法——反演微分交叉相乘算法(iNPS)。算法利用3×3耦合器三路对称的优点,采用3×3耦合器输出的两路信号反演出第三路信号,对三路信号校正后采用NPS算法对振动信号进行解调,系统采用两个光电探测器,与传统的NPS算法相比,降低了系统的成本及复杂程度。对iNPS算法与使用两路信号进行解调的微分交叉相乘算法(NRL)进行仿真分析,比较了两种算法在不同输入振动信号的信噪比和3×3耦合器的不同对称度条件下的解调结果。结果表明,在振动信号信噪比为32 dB的情况下,iNPS算法的信纳比比NRL算法信纳比提高了37.4 dB,总谐波失真率(THD)下降了28%。并且iNPS解调算法可以在3×3耦合器三路信号不对称的情况下解调出振动信号。     

自参考式光纤气体传感数据处理方法

气体检测是光纤传感领域的一大研究热点．在强度吸收型气体传感系统中,吸收致光强变化的检测直接影响到气体浓度的解调精度．以内腔吸收式气体传感系统为例,采用自参考式数据处理方法实现气体吸收谱线的自动识别与浓度解调．根据朗伯．比尔（L-B）定律,理论推导了光强检测误差对浓度解调误差的影响．采用自参考式浓度解调算法,提取了乙炔气体的吸光度曲线,并从理论和实验2方面计算了气体吸收峰的吸光度．分别采用自参考式和预参考式解调算法,再结合2种不同的拟合线型,计算了500组实验数据中9条乙炔气体吸收谱线的吸光度．结果表明,采用自参考式解调算法．Lorentzian拟合时解调误差最小且不超过250×10^-6．再结合波长扫描理论,浓度传感的解调精度可得到进一步提升．     

基于FFT-COSS的光纤F-P传感器解调算法

针对光纤Fabry-Perot(F-P)传感器的解调，提出一种基于快速傅里叶变换与余弦相似度(FFT-COSS)的腔长解调算法.首先利用快速傅里叶变换确定腔长的粗测值，然后结合余弦相似度算法求取精确腔长值，作为F-P腔的最终解调结果.仿真结果表明，FFT-COSS算法将解调误差控制在±0.2nm，单次解调的平均时间控制在1s.将该算法应用于石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合膜制作的薄膜式F-P传感器微压测试系统.实验结果表明，FFT-COSS算法的拟合度达到0.9908，腔长分辨率优于0.6218nm，单次解调的平均时间控制在1s，与仿真结果相符.     

基于激光自混合干涉法的微振动测量

激光自混合干涉法由于其测量精度高、光路简单、准直性好等优点,十分适合于微小振动的测量.然而在测量微振动时,由于被测目标振幅微小且大多情况下其表面反射系数很低,造成测量信号的幅值较小以及光反馈导致的信号波形倾斜不明显,给测量信号解调带来了很大难度.在自混合干涉光路中添加一个预反馈镜,构成带预反馈的干涉光路系统,可将测量信号增强2~4倍.同时,推导"基频-极值点判定算法"的频率幅值解调公式,建立了模型算法,实现自混合干涉信号的解调.理论分析和实验表明,频率测量的误差小于2.5%,振幅测量的误差小于5%.      

干涉型光纤预警系统入侵信号的调制解调技术

为解决干涉型光纤预警系统因偏振退化而出现的误报漏报以及定位失准的问题, 在建立 Mach Zehnder 干 涉系统结构模型的基础上, 通过分析入侵信号的调制过程, 得到两种调制信号失真现象, 并详细推导了该问题 的解决方案: 基于耦合器的解调算法。 为使该方案满足工程应用要求, 提出一种参数调校方法消除实际耦合器 不均衡引起的解调结果失真, 并在 Simulink 环境下进行仿真分析。 结果表明, 该解调算法能在耦合器不均衡、 出现偏振退化与待解调信号含有高次谐波的条件下准确还原相位信号, 对系统工程应用具有指导性意义。     

新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究进展

天津大学在973计划项目的资助下,开展了光纤传感技术相关研究.其主要内容包括设计了基于光子晶体光纤的填充银线的PCF-SPR传感器,最佳灵敏度为2 400 nm/RIU;设计了一种基于液芯光子晶体光纤的PBG-PCF温度传感器,传感器的最高分辨率为4×10³ nm/RIU;设计了基于甲苯-氯仿混合溶液填充的光子晶体光纤可调谐热敏光开关,通过改变溶液配比实现不同温度跃变点;构建了基于光微流体理论的3种结构模型,并针对模式场分布及磁场探测展开了研究;构建了基于L波断掺饵光纤放大器的光纤内腔气体传感系统,其绝对误差小于0.04%;针对传感器结构、解调光路、解调算法,设计并优化了F-P传感系统;提出了针对光纤传感网的评估鲁棒性模型,开展了梳状暗调谐光源技术和OFDR技术在光纤传感网检测方面的研究.     

微波复合调制信号解调算法分析与实现

围绕复合调制信号解调算法与软件实现展开详细的讨论.首先介绍调幅、调频的解调算法.通过相干解调和非相干解调算法的对比,说明了相干解调算法的优越性,并在相干解调算法的基础上,进一步提出了正交解调算法和正切解调算法.利用LabVIEW数据流图的编程方式,编制了二次正交解调算法的软件,实现复合调制信号的数字化解调.通过仿真与实验结果,充分表明,采用二次正交解调算法对复合调制信号进行数字解调,能得到较好的解调效果.     

一种声表面波转矩传感器快速解调方法设计

针对多个谐振器组成的无线无源声表面波(SAW)转矩传感器阅读过程复杂、耗时长的问题,利用SAW谐振器的频率响应特性设计了一种基于时域的转矩传感器快速解调方法.分析了SAW谐振器的响应特性并设计了信号的截断与去噪声方法,以及周期计算方法.根据设定的高频与响应信号周期的关系确定各个谐振器谐振频率的范围,然后通过谱估计具有最大周期的信号以解调出频率.提出的扫描方法只需采集一路信号,即降低了阅读器硬件系统的复杂性,同时在时域中简化了信号解调算法.通过实验测试了该扫描方法,完成一次搜索过程只需521ms,而传统的2路正交信号(IQ)扫描方法需要828ms.实验结果表明:设计的算法与IQ法相比扫描速度提高了37.1%,验证了该算法的有效性.     

矿井下分布式光纤定位精度及感测距离研究

煤矿井下分布式光纤定位系统通常采用双Mach-Zehnder 干涉仪分布式光纤振动传感技术,针对该技术存在感测距离短、系统空间分辨率低等问题,采用两个分布反馈( DFB: Distributed Feedback) 激光束和密集波分复用( DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing) 的非对称双Mach-Zehnder 干涉仪的分布式光纤振动传感技术,通过奇异值分解( SVD: Singular Value Decomposition) 算法进行降噪处理,并提出基于SVD 的互相关时延算法。实验证明,该算法能有效提高定位精度和感测距离,当感测距离为61 km 时,定位误差为51． 2 m。当矿井灾难发生时,能对被困人员精准定位,保障了有效救援时间。     

随钻测量中连续波动信息解调技术研究与实现

为了解决随钻测量系统连续波动信息传输问题,设计了一种连续波动信号2DPSK解调方案.分析了随钻测量系统传输特性并建立了数学模型.根据随钻测量系统信息传递特性,对一系列连续信号调制技术进行了分析比较,得出2DPSK信号更加适用于井下连续波动信息的调制.对井下噪声干扰类型与来源进行分析,确定了利用数字滤波器算法实现连续波动信息解调系统的去噪.根据以上分析,提出了MWD的2DPSK解调系统的硬件实现方案,并利用FPGA对连续波动信息实现了解调.解调结果表明,在白噪声信道下,解调系统可以准确恢复出发送端的调制数据,具有一定的适用性.