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基于DSP的单频激光实时信号解调方法研究

作　者: 王坚
导　师: 杨军
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 干涉信号解调 高速数据采集处理 算法优化 DSP
分类号: TN911.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 6次
引　用: 0次
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内容摘要


随着精密机械加工工艺的不断发展,对物体实现微小振动和微小位移精确测量的研究逐渐得到了人们广泛的重视。在众多测量方法中,激光干涉测量法由于其测量精度高、设计结构简单、适用于各种复杂环境和动态范围大等优点而得到了广泛的应用。由于激光干涉仪最终的测量信号都是以相互正交的信号形式给出的,所以,正交相位实时解调技术的实现与高精度激光干涉仪测量就显得密不可分了。为了保证正交相位实时解调的实现,不仅需要采用合适的解调算法,例如：非线性误差校正算法和细分查表等,同时,还需要搭建高速数据采集系统和高速数据处理系统为正交相位解调提供高效的硬件平台。本文研究了一种基于DSP的单频正交偏振激光干涉仪的实时信号解调系统。其中,以Altera公司的飓风3代FPGA芯片EP3C25为核心,构建了一套8通道多触发模式大数据量高速数据采集系统。以TI公司的C6000系列DSP芯片6713为核心,构建了一套高速数据处理系统完成了干涉仪信号的非线性误差校准和相位细分等解调算法。通过FIFO芯片和DSP芯片的在片外设HPI接口实现了系统间的数据输入输出控制。此外,结合硬件特点,本文还对解调算法的实时实现进行了探索。本文的主要研究内容如下：第一章介绍激光振动测量的实时解调方法现状,重点对现阶段的高速数据采集技术和干涉信号实时解调方法分别进行论述,最后给出了本文的解调系统硬件设计指标。第二章首先对单频激光振动测量系统的信号输出特性进行了阐述,之后对实时解调算法的主要原理进行的介绍。第三章首先给出了本文的信号解调系统硬件结构,然后对高速数据采集系统部分主要电路的设计原理进行了分析,并给出了部分电路的时序仿真图,随后,给出了高速数据处理系统部分电路的设计原理,并对该系统的数据通路进行了叙述。第四章对实时信号解调算法进行了简述,并重点对算法的实时性优化进行了分析,给出了部分耗时仿真分析。第五章给出了实时解调系统的高速数据采集和数据处理实验的仿真和实测结果,并对实验结果进行了简单分析。第六章对文章的各部分内容进行了总结并给出最后的结论。

全文目录


摘要  5-6Abstract  6-10第1章 绪论  10-15  1.1 引言  10  1.2 激光振动测量的实时解调方法的研究现状  10-13    1.2.1 高速数据采集处理技术综述  10-12    1.2.2 实时解调方法综述  12-13  1.3 本文研究背景以及研究内容  13-15第2章 单频激光振动信号测量方法  15-22  2.1 单频激光振动测量信号输出特性  15-17  2.2 单频激光振动信号解调方法功能框图  17  2.3 基于最小二乘椭圆拟合的信号处理方案  17-21    2.3.1 最小二乘法基本原理  17-19    2.3.2 基于最小二乘法的椭圆拟合算法的实时实现  19-21  2.4 本章小结  21-22第3章 单频激光解调系统硬件设计  22-42  3.1 单频激光振动信号解调系统硬件设计概述  22-23  3.2 基于FPGA的高速数据采集系统硬件设计  23-31    3.2.1 模数转换电路设计及实现  24-29    3.2.2 数模转换电路设计及实现  29-31  3.3 基于DSP的高速数据处理系统设计  31-41    3.3.1 DSP的选型  32-34    3.3.2 内部存储器的分配与规划  34-35    3.3.3 高速数字信号处理系统内部的数据存储与传输处理  35-36    3.3.4 高速数字信号处理系统数据输入通路设计与实现  36-39    3.3.5 高速数字信号处理系统数据输出通路设计与实现  39-41  3.4 本章小结  41-42第4章 实时信号解调算法的编程与实现  42-57  4.1 实时信号解调算法概述  42-43  4.2 最小二乘椭圆拟合算法的实时实现  43-44  4.3 解调信号的相位计算  44-48    4.3.1 相位计算区间号判别程序  46    4.3.2 相位大数值计算程序  46-47    4.3.3 相位小数值计算程序  47-48  4.4 实时信号解调算法优化  48-56    4.4.1 算法级别的优化实现  49-52    4.4.2 语法级别的优化实现  52-56  4.5 本章小结  56-57第5章 信号解调实验研究与结果分析  57-64  5.1 高速数据采集实验  57-58  5.2 解调算法验证试验  58-60  5.3 模拟振动信号解调实验  60-62  5.4 激光振动测量系统解调实验  62-63  5.5 本章小结  63-64结论  64-65参考文献  65-69攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  69-70致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 调制理论
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