摘要: 随着光纤传感技术的不断发展，光纤传感器由于其分辨率高、灵敏度高、抗腐蚀、成本低廉、抗电磁干扰等突出特点被广泛应用于军工领域、防窃听领域及海底监测领域等工况复杂、电磁干扰严重的工作环境下。光纤传感器的解调方法直接影响着光纤传感系统解... 展开 随着光纤传感技术的不断发展，光纤传感器由于其分辨率高、灵敏度高、抗腐蚀、成本低廉、抗电磁干扰等突出特点被广泛应用于军工领域、防窃听领域及海底监测领域等工况复杂、电磁干扰严重的工作环境下。光纤传感器的解调方法直接影响着光纤传感系统解调的动态范围、检测精度等重要参数。相位生成载波(PGC)解调技术是目前应用最广泛的光纤传感器解调方法，然而传统的PGC-DCM解调算法容易受到光强干扰的影响，传统的PGC-Arctan解调算法对调制深度存在依赖性，算法具有局限性。针对这种问题，本课题基于杨军等人提出的椭圆拟合算法和PGC-Arctan解调算法相结合的解调算法提出了的四通道光纤传感器数字PGC解调方案，并完成了四通道光纤传感器数字PGC解调系统的硬件实现。该方案克服了PGC-Arctan解调算法对调制深度的依赖性，抑制了PGC-Arctan解调算法引起的谐波失真，同时扩大了PGC解调系统的动态范围。论文的主要成果如下: 首先，阐述了课题的研究背景和意义，介绍了光纤传感器PGC解调算法的研究现状及发展趋势，深入研究了光纤传感器PGC解调算法的相关技术理论，包括:光纤传感器传感原理、相位生成载波调制解调原理及其技术指标分析，对比分析了几种改进的PGC解调算法。 其次，针对传统PGC解调算法的不足，提出了四通道光纤传感器数字PGC解调方案及系统设计指标。该方案克服了传统PGC解调算法对调制深度的依赖性，抑制了光强干扰和非线性误差的影响的同时扩大了解调系统动态范围。 然后，通过Matlab进行理论验证后，在Vivado和Linux开发环境下，使用Verilog HDL语言和C语言完成四通道光纤传感器数字PGC解调算法的设计与实现，并完成各个模块的功能仿真和系统的功能仿真。结合Xilinx IP核优化了正切细分算法计算步骤，减少了运算次数，降低了硬件资源占用。使用Vivado HLS改进了椭圆拟合算法结构，降低了系统延时。 最后，完成数据采集板卡的设计，搭建系统测试平台，对四通道光纤传感器数字PGC解调系统进行功能验证和性能测试。测试结果证明了四通道光纤传感器数字PGC解调系统设计的正确性和有效性，具有一定的工程应用价值。 收起