基于FPGA的四频陀螺信号解调系统的设计与仿真

为了简化四频差动激光陀螺的信号读出系统,采用了一种基于FPGA实现的数字电路解调方案取代传统的合光棱镜中的1／4波片和偏振片来分离左、右旋陀螺信号。简述了四频差动激光陀螺的信号读出原理及解调电路方案,设计了主要由A／D转换器和FPGA构成的四频陀螺信号读出系统。通过Quartus Ⅱ等EDA工具在软件上对系统予以了实现,并针对其主要功能模块进行了仿真验证。仿真结果表明,将四频陀螺信号转化为数字信号后,利用FPGA实现信号解调并最终达到分离左、右旋陀螺信号的方案是可行的,该方案将有助于全数字化激光陀螺的研制。     

四频差动激光陀螺工作点的选择

当四频差动激光陀螺工作于增益曲线上左、右旋陀螺比例因子相等位置时,误差因素在拍频的差动中得到较好的抵消,因而具有较优的性能。为了从实验上寻找该最佳工作点,对四频差动激光陀螺拍频表达式进行了分析,发现静态下和频的电压扫描曲线呈抛物线变化,而且当左、右旋陀螺比例因子相等时,和频的电压扫描曲线处于转折点。设计了实验通过和频电压扫描曲线得到了理论最佳工作点,在不同工作点下对陀螺进行测试,根据其零偏稳定性随工作点的变化趋势,得到了实测最佳工作点。对某型5个陀螺的多次实验表明,由和频电压扫描曲线得到的理论最佳工作点与实测最佳工作点基本一致,最大误差2Hz。该方法可作为四频陀螺选择最佳工作点的参考方法。     

石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺中光场偏振特性的影响

为研究石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺的影响,从陀螺的自再现传播矩阵出发,结合石英晶体旋光率随温度变化的经验公式,利用琼斯矩阵求本征模的方法,得出了四频差动激光陀螺腔内光场本征偏振态与温度的关系并进行了数值分析,得到椭圆度和左右旋差损随温度变化的曲线。结果表明,石英晶体温度效应对偏振特性的影响与反射镜片的振幅反射率和反射相移有密切关系,对于典型陀螺参量,在-60℃～60℃范围内石英晶体温度效应导致左右旋差损从0增加至10-6量级, 椭圆度从0.122增至0.138。     

零闭锁激光陀螺磁不敏感点与放电电流关系的实验研究

零闭锁激光陀螺(ZLG)增益曲线不对称导致左、右旋陀螺的比例因子修正系数不相等,使得当陀螺稳频工作点与磁不敏感点存在频率差时,陀螺零偏对外界磁场变化敏感,降低了陀螺的精度并限制了使用环境。利用兰姆半经典理论分析计算了比例因子修正系数与增损比的关系,并得到了陀螺的磁不敏感点与放电电流的关系,从信号处理系统中排除放电电流变化对控制信号的影响,并进行了实验验证。理论计算和实验结果均表明,线性地改变陀螺放电电流,陀螺磁不敏感点位置会因增益曲线的增损比变化而发生相应线性改变,进而能够通过控制放电电流降低陀螺的磁灵敏度。     

基于锯齿波偏频的谐振式光纤陀螺标度因数测试

针对转台测试谐振式光纤陀螺标度因数时存在的测试精度受限于转台性能影响的问题,提出一种基于锯齿波等效输入的陀螺标度因数测试方法.通过在相位调制器上叠加锯齿波偏频信号用于模拟角速度输入,分析了实际转台输入和模拟角速度输入下谐振式光纤陀螺闭环传递函数,推导了偏频锯齿波信号参数与实际输入角速度的对应关系,理论证明了其技术可行性.搭建了基于锯齿波偏频的陀螺标度因数测试系统,对研制的陀螺样机进行了标度因数及非线性度测试,基于锯齿波偏频方法测得的陀螺标度因数与实际转台测试结果基本一致,且标度因数非线性度从0.42%优化到0.26%.研究表明基于锯齿波偏频的谐振式光纤陀螺标度因数快速标定测试方法不仅可以精确测得标度因数,还可有效抑制转台振动等环境干扰引入的测量误差.     

四频激光陀螺性能与室温的相关性研究

室温条件下温度对四频激光陀螺零漂的影响非常复杂.为尝试定性找出温度影响陀螺零漂的机理,对室温下陀螺零漂、表面温度、两路信号的光强差及光强和、两臂放电电流差以及和频进行实时监控测试,通过分析计算各个参数与温度的相关系数.得出以下结论:四频激光陀螺各个参数与温度的相关系数随陀螺运行时间的长短而不同,并且陀螺各参数与温度相关系数的逐次偏差也较大,陀螺室温下的温度补偿对四频激光陀螺性能的改善十分有限;室温下和频与温度具有较好的线性关系.但线性比例系数是变化的.     

有限冲击响应滤波器在四频激光陀螺中的应用

针对目前四频差动激光陀螺光学解调方案可靠性和温度特性差的特点,介绍一种基于FPGA的数字拍频解调方案。分析了四频差动激光陀螺数字拍频解调对电路系统的需求,对数字拍频解调的关键部件低通滤波器进行了设计与实现。根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率,使用MATLAB的滤波器设计和分析工具FDATool完成了有限冲击响应（FIR）数字滤波器的参数设计,并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR数字滤波器的片上系统设计。仿真和实验结果表明,所设计的FIR数字滤波器对四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到-66 dB,满足四频差动激光陀螺拍频解调的需求,并有助于实现四频差动激光陀螺的小型化和数字化。     

全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性,结合自适应噪声对消原理,建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计,搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试,实验结果表明,自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰,稳频精度提高了近一个数量级,陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。     

全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术EI北大核心CSCD

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性,结合自适应噪声对消原理,建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计,搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试,实验结果表明,自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰,稳频精度提高了近一个数量级,陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。     

闭环光纤陀螺数字信号处理系统设计

针对光纤陀螺信号处理要求实时性高、算法较为复杂的特点,提出了一种以Xilinx公司的现场可编程门阵列XC6SLX16为基础的闭环光纤陀螺信号处理方案。根据光纤陀螺高精度和匹配性要求,对闭环信号处理系统关键的模数转换器和数模转换器的选择进行了理论分析,并对系统的硬件和软件进行了设计。对试验样机的测试结果表明,该系统能准确快速地实现光纤陀螺信号检测,体积小、功耗低、可靠性高,对光纤陀螺的工程化具有实际的参考意义。     

固体浸没透镜光存储的信号探测技术

信号探测是固体浸没透镜成为实用存储技术的一个必需的组成部分。对在该项研究中获得的理论和实验成果进行了介绍。总结了针对固体浸没透镜机理的三维矢量理论 ,对影响信号探测的因素 ,例如头盘间距、盘片结构和光的偏振态等进行了讨论。介绍了基于固体浸没透镜光存储中信号探测的新技术和重要的实验结果。     

一种新的多阶只读光存储方法的仿真分析和实验验证

提出了一种波形调制的方法,在原有记录符中加入一个短坑或短岸,在读出信号上产生一个可辨识的"扰动",从而对读出信号波形产生调制.用简化的光刻模型和基于角谱分解的读出模型,对该方法在DVD系统上的坑形和读出信号进行了仿真.仿真结果确定了各个游程可实现的阶次和各个阶次的刻写参量.对典型游程6T和11T进行了实验,读出信号与仿真结果相吻合,并分别得到了小于1×104和1×10-5的阶次误码率.实验结果验证了该方案的实际可行性.     

第十讲数字信号处理与数字信号处理器(DSP)

文章简要介绍了“数字信号处理”与“数字信号处理器（DSP）”的发展历史．在数字信号处理的应用中，实时实现是非常重要的，而DSP在实时处理中，扮演了一个重要的角色．文章中还介绍了DSP在实际应用中的一些关键技术，例如DSP的种类和选型，DSP的开发工具，实时软件的开发过程等．最后，还介绍了一些DSP的应用实例，如语音编码器，视频电话和视频会议系统，用于雷达和声纳的DSP并行处理系统     

A curve fitting signal processing scheme for a white-light interferometric system with a synthetic source

A white-light interferometric system, which comprises two Michelson interferometers linked by a 100 μm diameter core multimode step index fibre has been investigated, where a signal processing scheme, using curve fitting, has been introduced to suppress the noise induced in the system. The theoretical resolution of such a sensor with the use of an appropriate curve fitting signal processing scheme has been discussed. The experimental results obtained show the short term repeatability (to three standard deviations) to be better than 5 nm after signal processing, under conditions where the fibre is constantly vibrated in a known and reproducible way.     

核实验数据获取系统中的触发信号预处理

简要介绍了在核物理实验数据获取系统中,用FPGA芯片和VHDL语言实现对事件触发信号的预处理。阐述了在核物理实验数据获取系统中对事件触发信号的一般要求; 结合60Co伽马谱测量实验,介绍了基于一套自主研发的数据获取系统中触发信号的预处理,并给出了用VHDL语言实现该触发信号预处理的思想、仿真时序图和实验结果。该方法通过实验验证,证明切实可行,灵活性强。     

Amplification of a weak circularly polarized light signal in a multilevel atomic medium

Amplification of a weak circularly polarized light signal in a multilevel atomic medium excited by a strong linearly polarized resonant radiation is studied. A strong optical pumping may lead to the population inversion between magnetic sublevels of hyperfine components of the ground and excited states. Solution to the self-consistent system of density matrix equations and Maxwell equations for propagation of the weak signal allows analyzing optimum conditions of amplification.     

基于TD-SCDMA与DSP2407的微弱通信信号检测系统设计

针对无线通信过程中,传统系统对微弱通信信号检测准确度不高的问题。本文分析了微弱通信信号传递的极化特性,利用电波的极化特性优化双极化天线的方法,基于TD-SCDMA双极化天线技术,设计并实现了基于TD-SCDMA双极化天线的微弱通信信号检测系统,根据TD-SCDMA双极化天线技术实现微弱通信信号的检测,采用TM320LF2407 DSP2407芯片的脉冲信号检测系统的设备,分析了信号检测系统的硬件结构设计,分析双极化天线下微弱通信信号的网络规划,在该网络规划条件下通过匹配滤波幅值检测完成微弱通信信号的检测。实验结果说明,所提检测系统能够满足微弱通信信号的实时检测和精度要求。     

Sparse signal representation and its applications in ultrasonic NDE

Many sparse signal representation (SSR) algorithms have been developed in the past decade. The advantages of SSR such as compact representations and super resolution lead to the state of the art performance of SSR for processing ultrasonic non-destructive evaluation (NDE) signals. Choosing a suitable SSR algorithm and designing an appropriate overcomplete dictionary is a key for success. After a brief review of sparse signal representation methods and the design of overcomplete dictionaries, this paper addresses the recent accomplishments of SSR for processing ultrasonic NDE signals. The advantages and limitations of SSR algorithms and various overcomplete dictionaries widely-used in ultrasonic NDE applications are explored in depth. Their performance improvement compared to conventional signal processing methods in many applications such as ultrasonic flaw detection and noise suppression, echo separation and echo estimation, and ultrasonic imaging is investigated. The challenging issues met in practical ultrasonic NDE applications for example the design of a good dictionary are discussed. Representative experimental results are presented for demonstration.