基于fpga高精度光学干涉信号解调的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于FPGA的高精度光学干涉信号解调研究硕士研究生：支春晓指导教师：孙晶华学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：哈尔滨工程大学论文提交日期：2012年12月论文答辩日期：2013年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学基于FPGA的高精度光学干涉信号解调研究ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngAlgorithmResearchofHigh-precisionOpticalInterferometricPhaseDemodulati

2、onBasedonFPGACandidate:ChunxiaoZhiSupervisor:JinghuaSunAcademicDegreeAppliedfor:MasterOfEngineeringSpeciality:OpticalEngineeringDateofSubmission:Dec,2012DateofOralExamination:Mar，2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学硕士论文哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本

3、人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检

4、索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日基于FPGA的高精度光学干涉信号解调研究摘要提出一种基于相位生成载波（PGC）原理的光学干涉相位解调算法，可实现光学干涉测量的高精度信号解调，应用于光纤位移、振动等传感中。调制后的光电探测信号被等间

5、隔12倍频采样，一方面利用采样结果计算相位调制深度和初相位误差，通过反馈环路实现最佳工作点的控制，另一方面计算相位精确数值。该算法采用加减法取代传统PGC数字解调中相关、滤波等复杂运算过程，充分利用了FPGA数据处理的高速、并行优势；同时通过优化采样点个数，提高了算法的运行速度。实验结果表明：该算法降低了资源使用率，降低了系统开销，并通过Modelsim仿真和SignaltapII硬件测试初步验证设计功能，使FPGA实现算法的高精度、宽动态范围的要求成为可能。该算法适于应用到高精度位移、微弱振动、磁场等光学精密测量中。本文做了以下工作：1.首先分析

6、了相位生成载波解调的原理，分析了从干涉仪中输出的信号的结构特征，运用分步移相法对采样后的结果进行计算，通过加减法代替了混频、滤波等的操作过程，确立了PGC解调算法的原理。2.在分析了系统的需求之后，列出了算法的流程图和数据结构图，从理论上保证了解调系统的高精度、宽动态范围的要求。3.介绍了FPGA实现PGC解调算法的关键技术，详细论述了用整数代替浮点数的设计思想，并对算法中常用的语句设计了性能高效的硬件描述。详细说明了解调系统中的除法器、相位累加器、相位查找表计算的模块化设计，并通过程序说明了LPM模块在设计中的应用。4.用QuartusII开发软

7、件对设计中各模块详细设计，并通过编译，用SynplifyPro综合工具对设计进行综合并分析综合报告。5.用专业的HDL仿真工具Modelsim进行仿真，验证设计结果的正确性，比较了不同设计风格下系统的性能效率的不同，从而得出适合算法实现的FPGA设计思想。6.对实验结果的硬件测试关键词：光学干涉仪；相位解调；相位生成载波；算法；FPGA哈尔滨工程大学硕士论文AbstractBasedontheprincipleofphasegeneratedcarrier(PGC)opticalinterferometricphasedemodulationalg

8、orithm,canrealizetheopticalinterferencemeasurementofhighpreci