双光纤相干外差检测布里渊频移的传感系统

提出了一种测量布里渊频移的全新简便方案.从2根传感光纤反射回来的光经光电探测器外差接收,通过分析传感信号和参考信号的相对关系进行布里渊频移的测量.通过理论分析和实验结果可以看出:双光纤的引入省略了光的移频调制环节,简化了光路和滤波,降低了对光源的稳频要求,提高了系统的信噪比,增强了系统在实际应用中的可行性.     

光纤耦合器的激光多普勒信号相位解调

在实际工程应用中,激光多普勒测速系统的定位精度受到信号初始相位偏移的影响。针对低信噪比和低对比度的激光多普勒信号速度解算,提出了一种基于3×3光纤耦合器的激光多普勒信号相位解调算法。在信号解调之前,该算法必须满足3路多普勒信号相位差为(2π)/3、直流量相等和交流量相等这3个条件。利用参考光和信号光相位差与光电探测器输出电流之间的关系,推导出了拍频信号相位求解公式。分别利用传统希尔伯特变换和3×3光纤耦合器相位解调算法,针对不同信噪比的激光多普勒信号,进行了仿真对比试验。试验表明,当信号存在偏移或在低信噪比的情况下,该算法精度高于希尔伯特变换算法;当信噪比小于-5 d B时,该算法误差小于1°。     

采用光滤波器的边缘检测布里渊光纤传感系统

提出了采用边缘光滤波器来测量光纤传感中布里渊频域的方案.分析了影响布里渊频移测量精度的因素,给出了布里渊频移测量精度和信噪比的关系.结果表明,在热噪声近似下,布里渊频移测量精度与热噪声、边缘光滤波器透射函数的导数及布里渊散射光信号功率有关.     

水声通信自适应多普勒频移补偿仿真研究

在水声通信中,当收发双方存在一定加速度时,传统的多普勒频移补偿误差较大,影响码元同步并降低接收性能.为了补偿加速度下的多普勒频移,提出一种自适应多普勒频移补偿方法,在均衡的同时利用最大似然函数计算插值因子并对信号进行线性插值,以补偿加速度引起的每帧数据内不断变化多普勒频移.通过计算机仿真,验证了该方法的有效性,并将其与传统方法进行了性能对比.由于不需要加入专用的数据用来检测多普勒频移,所以还可以提高一定的频带利用率或功率利用率.     

相干自外差电域扫描布里渊光纤传感系统方案设计及测量精度分析

提出了一种同时测量布里渊频移和功率变化的新方案,同时对系统的布里渊频移测量精度进行了分析.从传感光纤反射回来的光经光电探测器外差接收后分成两路电信号,一路用于检测布里渊散射信号整个光谱范围内的功率,另一路用于检测布里渊频移.通过改变本地电信号的频率对信号进行扫描和窄带滤波,从而实现了布里渊频移的精确测量.     

激光外差多普勒二次谐波测厚方法

为提高玻璃厚度测最的测量精度,提出一种激光外差检测技术和激光多普勒效应相结合的二次谐波玻璃厚度测量方法;方法应用激光多普勒效应,使激光在玻璃前表面的反射光与其前一时刻在后表面反射的光频率不同,于前表面产生差频信号,由快速傅里叶变换得到二次谐波频差,计算得玻璃厚度;理论计算表明,系统中玻璃厚度与频差成正比;MATLAB软件仿真证明,该方法可以实现精确测量厚度小于1 mm的玻璃,测量误差小于土0.005mm.     

用于监测阀门泄漏的超高动态范围全光纤超声传感系统

本文提出了一种超高动态范围的全光纤超声传感系统,针对阀门发生泄漏时伴随产生的声发射现象,利用光纤的光弹效应,将声发射现象产生的超声信号转换为光纤中传输的光信号的相位变化,由光路干涉结构将光信号的相位改变量转换为两路干涉输出信号的幅度量,通过相位解调还原算法和功率谱分析,实现对超声信号的探测和提取。经过阀门泄漏实地测试验证了全光纤超声传感系统的实用性和可行性,并在实验室条件下对系统的动态范围进行了具体的测试分析。     

一种GPS信号多普勒频移的精确捕获算法

在GPS软件接收机的信号捕获过程中,为了能对载波多普勒频移进行高精度测量,为紧接其后的琅踪环提供精确的初始条件,根据短时间内GPS信号的载波多普勒频移不发生突变的特点,提出了一种能对载波频率进行更高精度测量的相位测量方法.本文对载波多普勒频移由粗测转入精测的工作原理进行了详细的理论推导和分析,并与传统的DFT法实现精确频率测量的方法作了比较.最后对两种精测的方法进行了实验测试.结果表明,相位测量方法能精确地测出载波多普勒频移且速度更快,完全能满足后续跟踪环的要求.     

基于激光多普勒的索力测量系统设计与研究

根据激光多普勒测振工作原理,设计了一种小型低频高精度激光多普勒测振系统并用于桥梁斜拉索索力测量。首先分析外差式声光移频激光多普勒测振系统的频率稳定特性,提出直接数字频率合成驱动串行双移频器构成的外差式激光多普勒测振计,并利用自适应滤波器消除测振系统中环境振动带来的干扰。利用自行研制的低频测振系统开展了低频测振实验与拉索实测。实验表明,基于DDS的移频系统有很高的频率稳定度,测振计的本底噪音分布平坦,且测振系统有很强的抗震能力和高分辨率,可以用于工程现场快速索力测量工作。     

短波信道探测中多普勒频移的计算

为准确获取短波信道探测信号的多普勒频移,把被Zadoff-Chu序列调制的信号作为探测信号,以简化的Watterson模型作为短波信道,采用脉冲压缩技术,对多普勒频移的计算进行了理论推导,得出了一种多普勒频移的计算公式,对两条路径时公式的计算结果进行了仿真。结果表明,在两条路径的多普勒频移相差小于±0.3 Hz时,计算结果较为准确。在此基础上,仿真分析了多普勒频移对Zadoff-Chu序列的脉冲压缩的影响。分析表明,小于10 Hz的多普勒频移对Zadoff-Chu序列的脉冲压缩的影响可以忽略不计,将该序列应用在短波信道探测中比较合适。     

基于金属热膨胀式光纤温度传感器的设计

介绍了金属热膨胀式光纤温度传感器的设计,利用金属件的热膨胀的原理,通过绕制在金属件上的光纤损耗产生变化,当光源输出光功率稳定的情况下,探测器接收光功率受温度调制,通过光电转换,信号处理,完成温度的换算.传感器以光纤为传输手段,以光作为信号载体,抗干扰能力强,测量结果稳定、可靠,灵敏度高.     

GNSS载波多普勒频移计算、分析及实验验证

全球卫星导航系统信号处理中,多普勒频移至关重要;文章对地心惯性坐标系下载波多普勒频移最大值计算进行了研究,其推导中没有考虑地球自转速度和地面用户位置的影响;文章针对这个问题进行分析,通过建立卫星和用户位置和速度之间的立体几何模型,提出了地心地固坐标系下任意用户位置载波多普勒频移最大值的精确计算方法;同时针对多普勒频移计算问题,通过构建卫星与用户之间的距离向量,提出了基于精密星历的任意用户位置载波多普勒频移计算方法;最后使用GNSS仿真数据和实测数据进行验证,两种方法的计算结果均和实验结果相符合;两种新方法能够解决地心地固坐标系下特定位置处的多普勒频移最大值和特定位置处载波多普勒频移的计算问题。     

基于OptiSystem的WDM系统的设计与仿真

利用光波分复用（WDM）系统,将五组不同波长的光信号组合复用并耦合到光缆信号的同一根光纤中进行传输,采用光学仿真软件OptiSystem进行光发送机,光传输链路,光接收机模块的搭建和分析。本文通过改变输出光功率,光纤传输长度和光纤的损耗系数的参数,验证系统可行性,探究其对于光纤通信系统性能的影响,得出本系统最佳输出光功率,最远传输距离,和最佳光纤损耗系数参数,建立了一个可靠性良好的光纤通信系统。该系统相对于传统的光纤通信,具有更高的灵敏度和更低的误码率,对未来光纤通信技术的发展具有深远的影响。     

DBR光纤激光应变传感研究

光纤激光器是一种信噪比很高的优质光源,具有光束质量好、窄线宽、高功率等优异的性能,将光纤激光器应用于传感,能弥补布拉格光栅传感的不足.通过利用光纤激光器构成的光纤激光传感器与光纤布拉格光栅传感器相比较,进行应变传感实验研究.实验结果说明光纤激光器型传感器具有更高信噪比和输出功率.与传统的布拉格光栅比较,输出信号的功率增大了23 dB,信噪比得到19 dB的提高.线宽减少了约1/5.     

基于CPU+FPGA的临近空间信道模拟器

针对临近空间通信信道中的气象性损耗和非气象性损耗进行了理论分析,着重研究大气吸收损耗、降雨衰减和多径衰落等信道传播特性的建模方法,建立临近空间信道模型;提出了一种基于中央处理器(central processing unit,CPU)和现场可编辑门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的临近空间信道模拟器软硬结合实现方案,并对希尔伯特变换和多普勒频移的实现方法进行分析;结合卫星导航模拟器和信号发生器产生的实际信号对信道模拟器的性能指标和统计特性进行测试;实测结果表明,信道模拟器输出信道衰落的各项统计特性符合理论结果,信道模拟器可实现分辨率和最大值分别是5 ns和5115 ns的多径相对时延以及分辨率和最大值分别是1 Hz和1.6 MHz的多普勒频移;该信道模拟器可辅助分析临近空间信道环境对信号传播的影响.     

一种光纤血流量传感器信号处理系统的设计

在分析目前微循环血流量无创检测的基础上,设计了一种基于光纤的血流量传感器信号处理系统.利用激光多普勒技术,提取与血流量相关的频移信号.通过滤波、除法矫正和差动放大等电路对信号进行处理.重点介绍了系统的去噪原理.通过对人体指尖皮肤血流量的实际检测,结果表明,该传感器系统具有很高的信噪比,可以实现连续无创的微循环血流量检测,具有广泛的应用价值.     

基于AR模型的多普勒散射计回波功率谱估计

当采样点数少或流速较小时,采用周期图法估计的多普勒散射计(Doppler scatterometer, DopSCAT)回波功率谱分辨率低,多普勒频移提取精度低。对此,提出了一种基于自回归(autoregressive, AR)模型的DopSCAT回波功率谱估计方法。该方法为DopSCAT回波信号建立含有未知参数的AR模型,采用赤池信息量准则自适应确定模型的最优阶数;对定阶后的AR模型采用Burg算法计算模型参数,利用得到的AR模型估计回波功率谱;对功率谱进行峰值检测提取多普勒频移计算径向流,采用两个观测方位向的径向流合成得到海面流场。利用OSCAR海流数据进行了回波功率谱估计与海流反演实验。分析结果表明,与周期图法相比,该方法能够显著提高回波功率谱分辨率和多普勒频移的提取精度,进而提高了海流的反演精度。     

基于人工神经网络的激光陀螺零偏补偿方法研究

激光陀螺受到多普勒频移量的影响导致零偏,为此提出基于人工神经网络的激光陀螺零偏补偿方法。根据激光陀螺在零偏状态下的载流子态密度分布得到激光陀螺的激光多普勒振动信号,通过小波变换将含噪信号进行特征分解,通过线性组合叠加的方法计算激光陀螺零偏分量,对激光陀螺的固定偏差进行反馈补偿控制,构建人工神经网络模型进行激光陀螺零偏补偿的自适应训练。在人工神经网络的输入层输入固有模态参数,根据激光陀螺的散射光强和幅度值进行自适应学习,实现激光陀螺的零偏稳态补偿。实验测试表明,该方法进行激光陀螺零偏补偿能有效去除频偏,提高输出信噪比,有效减少自身和外界噪声的干扰,提高了激光陀螺的稳态性。     

激光雷达风速模拟系统设计

多普勒测风激光雷达是大气风场探测的重要手段。本文以光纤Mach-Zehnder干涉仪作为测风激光雷达系统的鉴频器,设计并建立了风速模拟探测激光雷达的自校正式实验系统,采用可控转速机械转轮产生的线速度引起激光多普勒频移的方法模拟大气风场。其主要由激光发射系统、模拟风场系统和光电探测系统组成。初步利用种子激光器的可调节波长实现了系统输出强度变化,通过能量探测方式验证了光纤Mach-Zehnder干涉仪透过率谱强度曲线,实验分析结果验证了鉴频系统的可靠性,并进一步实现了鉴频系统光程差精确校正。     

小波阈值降噪提高ＢＯＴＤＲ测量精度研究

布里渊光时域反射仪（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer, BOTDR）通过单端探测 光纤中的自发布里渊散射来实现布里渊频移测量,存在信噪比较低的缺陷。为此,本文采用小波阈 值降噪对微波外差扫频 BOTDR 测量过程中的每条单频功率曲线进行噪声抑制,最终提高 BOTDR 测量精度。简述了小波阈值降噪原理,构建了基于微波外差扫频测量的 BOTDR 仿真模型,通过仿 真分析不同小波变换参数对测量精度的影响,确定了最佳小波阈值降噪方案。搭建了微波外差扫频 BOTDR 光路及电路实验装置进行温度测量实验,在 10km 传感光纤上对降噪算法进行了实验验证。 实验结果表明,相比于降噪前,降噪后传感光纤末端变温区布里渊频移测量波动极差从 5.8 MHz 降 低至 3.2 MHz,均方根误差由 1.2 MHz 降低至 0.16 MHz,测温精度由±2.545℃提升至±1.4℃。理论仿真和实验研究证明,采用小波阈值 降噪可提升 BOTDR 测量精度。