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光纤水听器抗偏振衰落及解调方案设计与研究
作 者: 孙新童
导 师: 张雅彬
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 光学工程
关键词: 干涉型光纤水听器 法拉第旋转镜 PGC解调 3×3耦合器
分类号: TP212
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
光纤水听器是一种基于光电子、光纤技术的新型传感器。它是监听海洋声场信号的光纤传感器,是声纳的核心部件。与压电水听器相比,光纤水听器具有频带宽、灵敏度高、抗电磁干扰、易组阵等优点。由于其在现代海军反潜作战和监听方面的重大作用,光纤水听器受到了各国军方的高度重视。目前,全光纤水听器及采用阵列化复用技术的光纤水听器是各国研究的热点。本文对干涉型光纤水听器的结构和工作原理进行了介绍,对消偏振衰落技术进行了详细的研究,并从理论上详细分析了法拉第旋转镜消偏振衰落技术,同时介绍了光纤水听器阵列常用的复用技术。在此基础上,研究了干涉型光纤水听器的检测方案,详细分析了3×3耦合器检测和相位生成载波(PGC)检测方案,计算出了PGC检测方案中的贝塞尔函数展开的最佳C值,分析了光源调制系数m对解调结果的影响,对光纤水听器系统动态范围做了分析,对待测信号为多频信号的情况做了分析,并使用计算机软件仿真验证了PGC解调的可行性。本课题根据直接调制光源技术和PGC解调技术设计出了一套基于FRM的单元干涉型光纤水听器系统,根据实际情况对关键器件的选取进行了分析,并完成包括信号的混频,移相,低通,微分,差动,积分等一系列电路设计。课题最后对整套系统进行调试和测试,并对发现的实际问题进行了分析,为今后光纤水听器的研究提供了参考。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-9 第1章 绪论 9-13 1.1 光纤水听器概述 9-10 1.2 光纤水听器国内外研究动态 10-12 1.3 课题的来源和研究意义 12 1.4 课题研究内容和所作的工作 12-13 第2章 光纤水听器原理及理论基础 13-23 2.1 光纤水听器原理 13-16 2.2 光纤相位调制机理 16 2.3 干涉型光纤水听器偏振衰落现象 16-20 2.3.1 光的双折射效应与偏振衰落现象 16-17 2.3.2 消除偏振衰落现象的技术方案 17-18 2.3.3 基于 FRM 的光纤水听器结构 18-20 2.4 水听器阵列多路复用系统基本原理 20-22 2.4.1 时分复用单元系统基本原理 20-21 2.4.2 波分复用单元系统基本原理 21-22 2.5 本章小结 22-23 第3章 干涉型光纤水听器的检测方案 23-38 3.1 干涉型光纤水听器检测方案概述 23-24 3.2 3×3 耦合器零差检测方案 24-26 3.3 PGC 检测技术 26-31 3.3.1 PZT 调制解调技术原理 29-30 3.3.2 直接调制光源解调技术原理 30-31 3.4 贝塞尔函数展开 C 值的选择 31-33 3.5 PGC 零差检测方案动态范围分析 33-34 3.6 光纤水听器对多频信号的解调 34-37 3.7 本章小结 37-38 第4章 基于 FRM 的光纤水听器单元系统设计 38-50 4.1 系统总体方案和关键元器件的选用 38-40 4.1.1 系统总体方案 38 4.1.2 光源的选取 38-39 4.1.3 光纤的选取 39-40 4.1.4 光学环形器的选取 40 4.2 PGC 解调系统仿真 40-42 4.3 PGC 零差检测系统电路设计 42-49 4.3.1 乘法混频电路 42-43 4.3.2 移相电路 43-44 4.3.3 低通滤波电路 44-45 4.3.4 微分电路 45-47 4.3.5 差动电路 47-48 4.3.6 积分电路 48-49 4.4 本章小结 49-50 第5章 系统测试与调试 50-57 5.1 光纤水听器系统及部分波形 50-51 5.2 PGC 解调系统调试 51 5.3 非平衡失真现象 51 5.3.1 非平衡失真现象原因 51 5.3.2 非平衡失真现象的解决 51 5.4 相位一致的讨论 51-52 5.5 微分电路噪声问题 52-53 5.6 信号幅度起伏现象 53 5.7 光源对 PGC 检测系统的影响 53-56 5.8 本章小结 56-57 结论 57-58 参考文献 58-61 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 61-62 致谢 62
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器
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