光纤磁场传感器信号解调方法及仿真研究

为了减少相位随机漂移和1/f噪声对信号检测灵敏度的影响,基于磁致伸缩效应的光纤干涉型磁场传感器必需在传感臂或参考臂施加高频调制磁场;考虑负载效应、退磁效应,给出了光纤/磁致伸缩耦合结构的等效应变;采用相位载波(PGC)外调制方案,在参考臂施加高频调制磁场,根据贝塞尔函数展开式,建立了被测磁场与载波磁场振幅、调制磁场振幅之间的关系式;借助Matlab/Simu-link,对相位解调方法进行仿真,仿真结果与理论分析结果十分吻合;研究了输出信号幅值随调制磁场幅值变化的趋势,得到高频调制磁场幅值的最优值。     

基于交流反馈的光纤磁场传感器相位解调方法

针对光纤磁场传感器中相位解调的技术难题,研究基于闭环反馈的解调方法用于提高传感器的测量灵敏度和精度;在传感臂施加高频调制磁场,在参考臂施加低频相位调制信号;从理论上,推导出传感器的输出信号及各次谐波分量的幅值特性,选取相位调制信号的2倍频分量作为误差信号,经比例和积分运算后反馈到参考臂;借助Matlab/Simulink对闭环反馈控制方法进行仿真研究;仿真结果表明,闭环反馈控制方法比当前广泛采用的相位载波方法精度更高、抗噪声能力更强。     

自动消除磁滞模糊的光纤测磁传感仪

光纤测磁传感仪根据Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪原理制作，适用于测量静态弱磁场。传感仪的传感臂和参考臂由两条单模光纤组成，传感臂的光纤上粘合了一段磁滞伸缩材料作为传感头．当被测静态场与交变的偏置场共同作用于传感头时，磁滞伸缩材料所产生的纵向应变将导致光纤中的光相位发生变化，利用相位探测装置和锁相放大器就可得出被测场的大小。本系统可探测的最小静态场为７９．５７×１０Ｅ－７（Ａ／ｍ）。     

一种测量静态磁场的光纤传感仪

所述的传感仪根据Ｍａｃｈ－ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪原理制作．传感臂和参考臂由两条单模光纤构成，传感臂的光纤上粘合了一段磁滞伸缩材料作为传感头，一个频率为ω０的偏置磁场施加于传感头上，当被测静态场与交变的偏置场共同作用于传感头时，磁滞伸缩材料所产生的纵向应变将导致光纤中的光相位发生变化，利用相位探测装置和锁相放大器就可测出未知场的大小，本系统可探测的最小静态场为１０－６（Ｏｅ／ｍ）。     

基于压电陶瓷相位调制器的外调制相位生成载波法研究

对基于压电换能器PZT(Piezoelectric Transducer)的外调制相位生成载波PGC(Phase-Generated Carrier)法进行了深入的理论分析和实验研究.PZT光纤相位调制器利用电致伸缩效应来改变缠绕在其上面的光纤的长度,进而实现对光纤中光相位的周期性调制.在马赫曾德尔光纤干涉仪MZI(Mach-Zehnder Interferometer)的参考臂中加入该光纤相位调制器便可以将载波信号调制到光纤干涉仪的输出信号当中.计算机仿真分析了调制参数对PGC解调结果的影响.并通过实验验证了这种调制解调方案的可行性.利用美国国家仪器公司的数据采集系统及Labview编写的解调算法,在臂长为200 m的MZI中成功实现了相位解调,恢复出MZI传感臂中的原始相位信息,解调信号与原始信号的相关系数在0.99以上.     

一种双向同源相参微波光纤稳相传输系

在电子对抗系统、雷达系统、卫星导航和深空探测等多个领域中,微波信号经激光器调制后加载到光信号上经过光纤传输后其相位受外界环境的影响,无法实现稳相传输。首次提出了一种双向同源相参微波光纤稳相传输系统,可实现微波信号在光纤中稳相传输。该系统利用恒温晶振产生相位稳定的多路同参基准信号,一路信号用做光纤传输的相位变化识别信号,经激光器调制成光信号,然后由光分路器分出多路光参考信号与需稳相的信号进行同光纤传输;其它同参信号作为基准信号与经过光纤传输的相位识别信号进行鉴相,其中基准信号与参考信号相参,构建2种信号相参的机理,实现以相位变化为参量的鉴相系统,利用参考信号的相位变化完成对传输的宽带射频微波信号相位变化的识别。在鉴相实现过程中,采用双平衡混频器完成对参考信号相位变化实时鉴相,由单片机对参考信号相位的实时变化进行采样,实时控制可调电动延时线(VODL)进行光传输链路光程差的跟踪补偿,完成对需稳相信号和参考信号的相位主动补偿,实现宽带射频微波信号光纤稳相传输。     

光纤振动传感系统相位调制模块的嵌入式设计

针对光纤振动传感系统测试与标定环节缺乏便携式振动信号驱动装置的问题,设计了一款基于FreeRTOS和STemWin嵌入式系统的压电陶瓷相位调制模块.该模块使用STM32嵌入式微控制器,结合H桥功率驱动对信号进行功率放大.利用FreeRTOS嵌入式操作系统进行多任务功能部件开发,并设计了STemWin人机交互界面.随后搭建分布式光纤振动传感系统对嵌入式相位调制模块进行测试,结果表明该模块可实现驱动信号频率、占空比、输出极性和电压的调节,并可在总长为11.769km的传感光纤上对冲击信号进行实时采集,且振动信号定位误差在41m以内,从而可满足各类光纤振动传感系统在长距离不同位置处进行振动测试与标定的需求.     

基于多频相位生成载波的光纤振动传感技术研究

为了满足周界安防区域数目扩增的需求,提出了一种基于多频相位生成载波的光纤振动传感技术,利用多个相位调制器实现了不同振动信号的频谱搬移,采用微分交叉相乘算法开展了多路干涉信号的相位解调,进行了相位生成载波调制深度的选值分析,并搭建了基于直线型萨格奈克干涉原理的多通道光纤振动传感实验系统。实验结果表明,干涉信号频谱含有多频载波成分与频谱搬移的边带成分,经解调可获得准确的振动信号,其频谱信噪比平均为27.3 dB,谐波失真度平均为8.22%,并在模拟应用场景中对人为敲击信号进行了准确解调,从而为本系统在交通领域的多防区周界安防应用提供了参考。     

相位调制型光纤压力传感器与智能检测系统

介绍了光纤传感器检测系统的特点和结构组成。重点分析了相位调制型光纤压力检测系统的原理及以单片机为核心的信号处理方法 ,最后给出实验结果     

基于相位生成载波的全光纤传感器定位研究

分布式光纤传感系统可应用于长距离、强电磁干扰环境下的监测.提出了一种用相位调制器进行外调制来提高分布式光纤传感器定位精度的方法.构造基于迈克尔逊干涉仪的全光纤振动传感器系统,并在反射端加相位调制器进行调制,使经过反射端反射的光干涉后的信号处于高频段,而未经反射端反射的光干涉后的信号处于低频段.通过高通滤波和相位解调,获得与外界扰动呈正比的信号,用这一信号进行定位,可以消除因为光纤中的瑞利散射等产生的回光干涉信号的频谱叠加,提高定位精度.该方法结构简单,易实现,通过理论分析和实验证明:采用该方法可以有效提高系统的定位精度.     

偏振调制微波光子信号处理

微波光子信号处理具有带宽大、调谐性好、对电磁干扰不敏感、易于实现并行系统等优点,在过去数十年中受到了学术界的重视。相比于传统的电光相位调制和电光强度调制,偏振调制将待调制信息转换到光的一个二维参量（偏振）上,从而在实现信号处理时可提供更多的自由度和灵活性。在偏振调制器后连接一个检偏器,通过调节检偏器的检偏角去掉偏振调制的一个维度,即可实现相位调制和强度调制,因而任何基于相位调制和强度调制的微波光子信号处理都能基于偏振调制实现。同时,将偏振调制器的输出分成多路,每一个支路上都插入一个检偏器,则基于一个偏振调制器就可同时实现多个调制方式,从而进一步实现并行信号处理或多功能一体信号处理。此外基于单边带偏振调制,可利用非常简单的装置实现幅相无耦合的微波移相器,进而实现相位编码、复抽头系数滤波器、光控相控阵等信号产生或处理功能。本文建立了偏振调制的基本数学模型,并对基于偏振调制的多种微波光子信号处理功能进行了原理分析。     

基于混沌的调频调相的多输入多输出雷达正交波形设计

针对混沌序列单一调频或调相波形存在波形复杂度低,限制了混沌信号可预测的概率、雷达的截获概率和抗干扰性能的问题,提出了基于混沌序列将频率和相位联合调制用于波形设计的方法。首先,对雷达信号进行混沌频率编码,即将一个脉冲分成一系列子脉冲,对不同子脉冲进行不同的频率调制。同时,在每个频率编码子脉冲内对波形的每个周期使用随机产生的初始相位。仿真结果表明,联合调频调相混沌雷达信号的自相关旁瓣峰值最大值达到-24.71 dB,相比调频混沌信号或调相混沌信号,其相关性性能有所提高。实验结果表明,联合调频调相混沌雷达波形结合调相和调频的优点,既具有调相信号的功率谱平坦的特性,又具有调频信号抗噪声干扰特性,为非常理想的探测信号。     

硬标签插磁调频装置控制系统设计与试验

针对目前无源电子硬标签生产过程，传统硬标签谐振频率检测技术用于插磁调频控制存在的不足，设计用于插磁调频装置的控制系统。提出了基于电容补偿原理的单线圈敏感硬标签谐振频率传感技术，建模仿真分析基于此技术的信号幅值比和相位差变化特性，发现相位差值和极性都存在反转特性；以此为基础设计以MSP430F149单片机为控制中心，控制产生固定频率信号源，相位检测和相位极性判别电路；以相位变化为控制系统提供反馈信号，采用相位差值反转特性实现下压高低速切换，相位极性反转特性完成下压的控制决策，有效给出了一种不需扫频、不受互感系数时变特性影响的压磁调频控制系统。以生产58KHz“中榔头”硬标签进行测试，数据分析表明，此套控制系统高速运行在20mm/s，低速为5mm/s时，硬标签谐振频率控制误差在±75Hz内，方差为0.0006~0.0008KHz，运行稳定。     

基于半波激励的磁调制传感器设计与验证

基于磁调制传感器的工作原理,创新性的提出了通过采用半波激励信号简化设计双磁芯磁调制传感器的方法.传统磁调制传感器是在环形磁芯一次绕组中通以完整的方波、正弦波或锯齿波作为激励信号,然后提取磁芯二次绕组中感应信号的二次谐波来对被测直流信号进行检测的,此二次谐波反映被测直流信号的大小与方向.笔者通过实验发现,若通以半波激励,可反映被测直流信号的谐波由二次谐波变为一次谐波,此时相敏检波电路参考信号无需倍频,因而在器件中可省去倍频电路.分别采用方波、正弦波和锯齿波及其相应的半波作为激励信号进行了实验分析,结果表明,半波激励可以获得更为理想的检测波形,能更好地反映被测电流的大小,提高传感器的灵敏度.     

基于决策理论的模拟数字混合信号调制识别

提出一种基于决策理论的模拟数字混合调制信号自动识别算法,采用基于I/Q正交双路的信号处理架构,利用扩展收敛域的CORDIC算法提取信号的瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率,结合软件无线电中具体的工程实现方法,修改部分识别特征参数,介绍基于判决树的识别流程。仿真结果表明,在信噪比不小于6 dB时,采用该算法的平均正确识别率在94%以上。     

基于多端CNN的通信信号自动调制识别研究

为有效解决通信信号自动调制识别的调制类型识别率低和调制强度识别误差高的问题,研究了基于多端CNN的通信信号自动调制识别方法。根据不同类型调制方法的作用原理,设置通信信号调制识别标准。考虑通信信号的传输过程,构建通信信号模型,利用带通采样工具采集初始通信信号,通过小波消噪、归一化等步骤,完成初始信号的预处理。利用多端CNN算法构建通信信号识别器,提取幅值、相位、频率等通信信号特征参数,通过特征匹配得出信号调制类型与强度的识别结果,实现通信信号自动调制识别。通过与传统识别方法的对比得出结论：综合考虑有、无干扰两种类型的通信信号,优化设计识别方法的调制类型识别率提高了49.6%,调制强度识别误差降低了约0.0285。     

基于FPGA的多通道高速波形发生器设计

为了产生多通道的高速信号,波形发生器以FPGA为核心,结合高速高精度数模转换器和高速运算放大器,采用DDS技术来实现高速信号的产生。波形发生器采用PCI总线与上位机进行通信,上位机通过发送控制命令改变波形发生器输出信号的种类、频率、相位。波形发生器还可以进行AM调制、FM调制、ASK调制、PSK调制和FSK调制等。     

基于AD7008的数字DDS信号发生器的实现

介绍DDS的基本原理和结构,DDS芯片AD7008的功能,16位单片机MSP430F435的基本使用,以及由该单片机和AD7008芯片组成的数字信号发生器的原理和结构.利用全数字频率合成技术,制作高质量低成本的信号发生器,使用单片机通过数字调节控制AD7008芯片,对信号进行放大滤波处理,提供稳定度高和失真度小,频率、相位、幅度可调的正弦波或余弦波信号.系统频率输出稳定度高、精度高,提供高质量的信号源,为高精度的计量和测试提供方便,易于控制,在实际应用中取得了明显的应用成效.     

正弦波调制对谐振式陀螺中谐振信号的影响

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是利用光学Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件。理论分析了正弦波调制特性,搭建了光学微谐振腔的调制解调实验系统,实验对比了正弦波、锯齿波、三角波3种调制波形对谐振信号信噪比的影响,得出了正弦波调制效果最好,提高了谐振信号的信噪比。针对不同调制幅度和频率条件下的正弦波调制对谐振信号的影响进行了测试,得出了调制幅度和调制频率对谐振信号的影响,为光学微谐振腔在谐振式陀螺系统应用中相位调制选择最佳的参数提供了参考。