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基于水面声光耦合光纤水听器π/2相位解调技术研究

作　者: 区坚海
导　师: 金晓峰
学　校: 浙江大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光纤水听器 水面声光耦合 π/2相位调制 正交解调
分类号: TB565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 71次
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内容摘要


光纤水听器由于其灵敏度高、体积小、稳定性好、动态范围大等优点,目前已被广泛应用于石油天然气勘探、地震波检测、海洋渔业、海洋环境检测、现代海军反潜作战等方面。在众多种类光纤水听器当中,其中有一类基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器,它能实现水面上系统对水下声波信号的检测,具有高机动性的优点,本文将基于此类水听器进行信号解调研究。同时,本文创新性的提出了一种π/2相位调制解调法,它通过π/2方波相位调制和同步数字检测的方法实现对光纤水听器声波信号的解调。文章首先对基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器原理进行研究,探讨了水听器如何利用水面声光耦合原理探测水下声波信息,并分析了该水听器在工作过程中所受到的各种噪声影响；然后针对干涉型光纤水听器如何进行信号解调,创新性的提出了一种π/2相位调制解调技术,并从理论上分析了该方法实现信号解调的过程,此后通过matlab仿真方法,检验了利用π/2相位调制解调技术进行干涉型光纤水听器信号解调的可行性,然后还利用matlab仿真方式,分析了解调过程中各种因素对最终结果的影响；最后我们使用一种π/2相位调制解调技术对基于水面声光耦合的干涉型光纤水听器进行解调实验,得到了水听器对连续波和脉冲波的检测结果,证明了π/2相位调制解调技术的实用功能。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 光纤水听器概述  10
  1.2 光纤水听器国内外研究进展  10-12
    1.2.1 国外研究进展  10-11
    1.2.2 国内研究进展  11-12
  1.3 光纤水听器种类与结构  12
  1.4 Mach-Zehnder干涉型光纤水听器信号解调方法  12-16
    1.4.1 主动零差解调法  13-14
    1.4.2 普通外差解调法  14-15
    1.4.3 相位载波(PGC)法  15-16
    1.4.4 3×3耦合器解调法  16
  1.5 论文研究的意义及主要内容  16-18
第二章 基于水面声光耦合干涉型光纤水听器  18-28
  2.1 基于水面声光耦合光纤水听器结构  18-19
  2.2 基于水面声光耦合的水声通信原理  19-22
    2.2.1 水与空气界面模型  19-21
    2.2.2 水面声光耦合原理测量水下声波信号  21-22
  2.3 水听器各部分信号数学模型  22-25
    2.3.1 光源信号数学模型  22-23
    2.3.2 干涉仪传输信号数学模型  23-24
    2.3.3 光电探测器信号数学模型  24-25
  2.4 噪声分析  25-27
    2.4.1 光源相位噪声  25
    2.4.2 EDFA自发辐射噪声  25-26
    2.4.3 光电探测器噪声  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章 π/2相位调制解调技术研究  28-51
  3.1 使用π/2相位调制解调技术实现干涉信号正交  28-32
    3.1.1 π/2相位调制解调技术结构  28-29
    3.1.2 利用π/2相位调制解调技术获得正交干涉信号的原理  29-31
    3.1.3 调制方波与采样触发信号的同步实现  31-32
  3.2 正交信号后续处理方法  32-34
    3.2.1 微分交叉相乘法  32-33
    3.2.2 反正切算法  33-34
  3.3 π/2相位调制技术matlab仿真  34-50
    3.3.1 连续波信号仿真  34-38
    3.3.2 脉冲包络信号仿真  38-40
    3.3.3 动态范围仿真  40-44
    3.3.4 幅度噪声对在DCM和反正切中的影响  44-46
    3.3.5 正交误差在DCM和反正切中影响  46-48
    3.3.6 干涉直流量在DCM和反正切中影响  48-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 基于水面声光耦合光纤水听器π/2相位解调技术实验分析  51-60
  4.1 PZT环实验  51-54
    4.1.1 压电陶瓷环实验结构  51-52
    4.1.2 Labview实时处理  52
    4.1.3 压电陶瓷环连续波解调实验  52-54
    4.1.4 压电陶瓷环频率响应曲线测量实验  54
  4.2 基于水面声光耦合干涉型光纤水听器实验  54-59
    4.2.1 实验平台  54-55
    4.2.2 声压级测量  55-56
    4.2.3 连续波测量结果  56-57
    4.2.4 基于水面声光耦合光纤水听器脉冲波测量结果  57-59
    4.2.5 水听器频率响应测试实验  59
  4.3 本章小结  59-60
第五章 结论与展望  60-61
参考文献  61-65
作者简历及在学期间所取得的科研成果发表论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 水声工程 > 水声仪器与设备 > 水声换能器、水听器
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