干涉型光纤水听器PGC解调系统数字化实现的研究.pdf

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1、72《激光杂志》2005年第26卷第5期LASERJOURNAL（ol.26.No.5.2005）·光通信与网络·干涉型光纤水听器PGC解调系统数字化实现的研究柏林厚，廖延彪，张敏，赖淑蓉（清华大学电子工程系，北京l00084）提要：概述了干涉型光纤水听器直接调制光源的相位生成载波（PGC）解调技术。重点介绍了其数字化实现方法，并通过实验和仿真，考虑到数字化实现过程中所要求的实时性，对系统中对探头的复用以及解调结果有重要影响的滤波器进行了详细的研究。本文的结论在相位生成载波数字解调方案的设计中具有重要的指导意义。关键词：光纤水听器；相位生成载波（PGC）；TMS320C67llDSP

2、芯片；滤波器；可测信号最小值；复用中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：0253-2743（2005）05-0072-02ThestudyofthedigitalPGCsystembasedonopticalfiberinterferometerBOLin-hou，LIAOYan-biao，ZHANGMin，LAIShu-rong（DepartmentofElectronicEngineering，TsinghuaUniversity，beijingl00084，China）Abstract：Thedetectiontechnigueofphasegeneratedcarri

3、er（PGC）demodulationmethodwithlaserfreguencymodulationisintroduced.Themainworkisfocusedonitsdigitalrealizationsystemand，consideringthereal-timeofthesystem，thefilterinfluenceonthefinalresultandmultiplexthroughexperimentandsimulation.Keywords：opticalfiberhydrophone；PGC；TMS320C67llDSP；filter，minimu

4、mvalue，multiplex学推导，得到最后积分器的输出为〔2〕：l引言222GHBm｛GHBJl（C）J2（C）-4〔J0（C）-J2（C）〕〔J3（C）-Jl（C）〕｝"（z）（2）光纤水听器的信号解调系统直接影响到测量的分辨率、可以看到最后解调出的信号为k!（t），其中k为一常数，精度和动态范围。相位生成载波（PGC）无源解调技术的高灵且与载波信号幅度C有关。最后再经高通滤波滤除环境噪敏度、大动态范围和好的线性性使其成为最适合光纤水听器声导致的随机相位漂移，从而得到实际测量的信号。为使解遥测和大规模组阵的检测技术，也是八十年代中期以来光纤调后的信号随C的波动变化最小，在m很

5、小的情况下，应使水听器阵列主要采用的信号处理技术〔l〕。d｛J（lC）J（2C）｝/dt=0，得C=2.37。相位生成载波解调系统可以用模拟电路的方法实现，也可以用数字化的方法实现。模拟电路的方法很明显的问题3PGC的数字化实现是不灵活、不稳定。而数字信号处理可以通过软件修改解调系统参数，因此具有很大的灵活性，而且数字电路采用二值解决数字化实现方法问题的关键在于选择速度快、运算逻辑，因此具有很好的稳定性。能力强、并行性高和可编程的数字信号处理器。基于上面考在数字化实现PGC解调的过程中，由于PGC解调算法虑，我们设计了数字化的相位生成载波调制-解调实验系的实现比较复杂，需要多次相乘、

6、滤波、微分和积分等运算，统，其框图如图2所示：并且要在系统高采样率和实时性的要求下完成，因此运算的复杂度这一问题变得尤为突出。而在这些运算过程中，滤波器的设计对运算复杂度有着直接的影响，并且直接关系着系统解调结果的好坏以及系统的复用，关于这方面的工作，现在文献上很少提及，因此很有必要对数字化实现PGC算法中的滤波器进行详细的研究。2PGC解调原理直接调制光源的PGC解调原理框图如图l：图2数字化的相位生成载波调制-解调实验系统框图在系统中，我们采用了美国德州仪器（TI）公司生产的32位高性能浮点数字信号处理芯片TMS320C67llDSP〔3〕。DSP芯片产生载波通过DA输出调制激光

7、器，同时，DSP芯片对由AD采集所得到的数据进行PGC算法解调处理。考虑到系统实时性的要求，我们用到了DSP芯片上的增强型DMA控制器〔3（〕EDMA），它可以脱离DSP核心来控制片图l直接调制光源的PGC解调方案框图上外设，从而可以达到同时完成数据采集和数据处理的要图中，input为Michelson光纤干涉仪加上直接调制光源求。后的输出信号，为乘法器；LPF为低通滤波器；d/dt为微图3示出了DSP如何通过EDMA控制器完成数据的采分器；DA为差动放大