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干涉型光纤水听器相位载波调制解调技术研究

作　者: 周波
导　师: 郝燕玲
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 干涉型光纤水听器相位载波零差检测技术直接半导体光源调制偏振衰弱
分类号: TB561.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 498次
引　用: 7次
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内容摘要

随着潜艇消噪声技术的不断提高，迫切需要研制灵敏度极高的探测器对其进行远距离定位，光纤水听器的问世正是适应了这一要求。作为新一代的海域声探测器，光纤水听器必须具有极高的灵敏度和较大的动态范围。通过严密的数学推导和仿真分析，对直接调制光源产生相位载波的马赫—曾德尔(Mach-Zehnder)和迈克尔逊(Michelson)两种干涉型光纤水听器调制解调技术进行了研究。从理论上详细分析了影响解调信号稳定性的主要因素，提出了不能通过干涉信号的峰值或峰峰值检测来控制自动增益控制(AGC)电路增益的方法消除偏振衰落对输出信号的影响；仿真计算出了贝塞尔函数展开的最佳C值。在这一思想的指导下完成了相位载波(PGC)零差解调电路各个单元的硬件设计，包括信号的混频，低通滤波，高通滤波，微分，积分，相乘，相减等模拟运算。最终研制出一套单元干涉型光纤水听器系统，它具有在水声信号频率范围内将感兴趣的信号检测出来的能力，并且该系统对提出的一些理论进行了实验验证。经过中科院声学所和中国国防水声计量站(杭州富阳715所)的测试，得到了较理想的实验测试结果。通过课题的研究，积累了经验，发现了不足，提出了改进水听器性能的途径和方法。

全文目录

第1章绪论  11-17
  1.1 光纤传感器的基本概念  11-13
    1.1.1 引言  11
    1.1.2 光纤传感器的特点  11-12
    1.1.3 光纤传感器的分类  12-13
    1.1.4 光纤水听器简介  13
  1.2 光纤水听器产生的背景及国内外研究动态  13-17
    1.2.1 巨大的军事应用前景是研制开发光纤水听器的主要推动力  13-14
    1.2.2 光纤水听器的国外研究动态  14-15
    1.2.3 光纤水听器的国内研究动态  15-16
    1.3 课题的意义及主要研究内容  16-17
第2章干涉型光纤水听器相位载波零差解调技术的理论基础  17-42
  2.1 Mach-Zehnder双光束光纤干涉仪的光学原理  17-20
  2.2 光纤相位调制机理  20-22
    2.2.1 应力应变效应  21
    2.2.2 温度效应  21-22
  2.3 相位载波(PGC)零差检测方案  22-31
    2.3.1 用PZT元件调制实现相位载波的信号检测原理  23-26
    2.3.2 直接调制半导体光源实现相位载波零差检测原理  26-31
  2.4 PGC零差检测方案动态范围分析  31-34
    2.4.1 低通滤波器的约束特性  31-33
    2.4.2 有限的载波频率ω_0  33-34
  2.5 系统中的各延时环节对解调信号的影响  34-37
    2.5.1 本地载波信号与光路信号间的延迟对解调信号的影响  35-36
    2.5.2 微分延迟对解调信号的影响  36-37
  2.6 贝塞尔函数展开C值的选择  37-41
  2.7 本章小节  41-42
第3章相位载波干涉型光纤水听器单元系统设计  42-57
  3.1 系统总体方案和关键元器件的选用  42-47
    3.1.1 系统总体方案设计  42
    3.1.2 光源的选择  42-43
    3.1.3 光纤的选择  43-44
    3.1.4 光纤定向耦合器  44
    3.1.5 光纤相位调制器  44-45
    3.1.6 光纤水听器中干涉仪的选取  45-46
    3.1.7 信号处理方案的确定  46-47
  3.2 PGC零差检测系统各单元电路的设计与调试  47-56
    3.2.1 正弦信号发生电路  47-48
    3.2.2 乘法混频电路与二倍频电路  48-49
    3.2.3 低通滤波电路  49-51
    3.2.4 微分电路  51-53
    3.2.5 积分电路  53-55
    3.2.6 基本差分(减法)电路  55
    3.2.7 高通滤波电路  55-56
    3.2.8 移相电路  56
  3.3 本章小结  56-57
第4章相位载波干涉型光纤水听器的仿真研究  57-65
  4.1 系统仿真  57-60
  4.2 峰值检测方式的自动增益控制电路的不适用性  60-61
  4.3 单元光纤水听器动态范围理论分析的验证  61-64
  4.4 本章小结  64-65
第5章系统调试与测试  65-75
  5.1 系统测试  65-68
  5.2 提高系统性能的途径  68-70
  5.3 系统各环节波形  70-73
  5.4 系统调试方法  73-74
  5.5 本章小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果  79-80
致谢  80

干涉型光纤水听器相位载波调制解调技术研究

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