基于FPGA的高精度光學(xué)干涉信號解調(diào)研究.pdf

1、提出一種基于相位生成載波(PGC)原理的光學(xué)干涉相位解調(diào)算法,可實(shí)現(xiàn)光學(xué)干涉測量的高精度信號解調(diào),應(yīng)用于光纖位移、振動等傳感中。調(diào)制后的光電探測信號被等間隔12倍頻采樣,一方面利用采樣結(jié)果計算相位調(diào)制深度和初相位誤差,通過反饋環(huán)路實(shí)現(xiàn)最佳工作點(diǎn)的控制,另一方面計算相位精確數(shù)值。該算法采用加減法取代傳統(tǒng)PGC數(shù)字解調(diào)中相關(guān)、濾波等復(fù)雜運(yùn)算過程,充分利用了FPGA數(shù)據(jù)處理的高速、并行優(yōu)勢;同時通過優(yōu)化采樣點(diǎn)個數(shù),提高了算法的運(yùn)行速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)

2、果表明:該算法降低了資源使用率,降低了系統(tǒng)開銷,并通過Modelsim仿真和SignaltapII硬件測試初步驗(yàn)證設(shè)計功能,使FPGA實(shí)現(xiàn)算法的高精度、寬動態(tài)范圍的要求成為可能。該算法適于應(yīng)用到高精度位移、微弱振動、磁場等光學(xué)精密測量中。本文做了以下工作:
　　1.首先分析了相位生成載波解調(diào)的原理,分析了從干涉儀中輸出的信號的結(jié)構(gòu)特征,運(yùn)用分步移相法對采樣后的結(jié)果進(jìn)行計算,通過加減法代替了混頻、濾波等的操作過程,確立了PGC解調(diào)算

3、法的原理。
　　2.在分析了系統(tǒng)的需求之后,列出了算法的流程圖和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖,從理論上保證了解調(diào)系統(tǒng)的高精度、寬動態(tài)范圍的要求。
　　3.介紹了FPGA實(shí)現(xiàn)PGC解調(diào)算法的關(guān)鍵技術(shù),詳細(xì)論述了用整數(shù)代替浮點(diǎn)數(shù)的設(shè)計思想,并對算法中常用的語句設(shè)計了性能高效的硬件描述。詳細(xì)說明了解調(diào)系統(tǒng)中的除法器、相位累加器、相位查找表計算的模塊化設(shè)計,并通過程序說明了LPM模塊在設(shè)計中的應(yīng)用。
　　4.用QuartusII開發(fā)軟件對設(shè)計中