基于FPGA的高精度光學干涉信號解調研究.pdf

1、提出一種基于相位生成載波(PGC)原理的光學干涉相位解調算法,可實現光學干涉測量的高精度信號解調,應用于光纖位移、振動等傳感中。調制后的光電探測信號被等間隔12倍頻采樣,一方面利用采樣結果計算相位調制深度和初相位誤差,通過反饋環(huán)路實現最佳工作點的控制,另一方面計算相位精確數值。該算法采用加減法取代傳統(tǒng)PGC數字解調中相關、濾波等復雜運算過程,充分利用了FPGA數據處理的高速、并行優(yōu)勢;同時通過優(yōu)化采樣點個數,提高了算法的運行速度。實驗結

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硬件測試初步驗證設計功能,使FPGA實現算法的高精度、寬動態(tài)范圍的要求成為可能。該算法適于應用到高精度位移、微弱振動、磁場等光學精密測量中。本文做了以下工作:
　　1.首先分析了相位生成載波解調的原理,分析了從干涉儀中輸出的信號的結構特征,運用分步移相法對采樣后的結果進行計算,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據結構圖,從理論上保證了解調系統(tǒng)的高精度、寬動態(tài)范圍的要求。
　　3.介紹了FPGA實現PGC解調算法的關鍵技術,詳細論述了用整數代替浮點數的設計思想,并對算法中常用的語句設計了性能高效的硬件描述。詳細說明了解調系統(tǒng)中的除法器、相位累加器、相位查找表計算的模塊化設計,并通過程序說明了LPM模塊在設計中的應用。
　　4.用QuartusII開發(fā)軟件對設計中