光纤水听器移频正交拟合解调方案及其FPGA设计

作     者：陈震 张琦 柯尊灵 吴昺炎 刘后 欧琢璐 张小贝 

作者机构：上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室 中国电子科技集团公司第二十三研究所 

出 版 物：《中国激光》 (Chinese Journal of Lasers)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 082403[工学-水声工程] 08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(62205192,62022053,61875116) 上海市自然科学基金(22ZR1424800,22010500100) 

主　　题：光纤传感 干涉型光纤水听器 移频正交解调 椭圆拟合 cholesky分解 

摘      要：干涉型光纤水听器目前已被广泛应用于水下声学信号探测领域，其基本工作原理是通过改变光纤长度将目标信号调制在激光相位上，因此只有精确地解调光的相位变化才能进一步得到目标信号。本文提出了一种用于干涉型光纤水听器的移频正交拟合解调方案，该方案利用时延和频移装置将单脉冲转变为具有固定光频差和延时的光脉冲对，并搭配水听器臂间适当的光程差进行干涉，产生一对具有稳定相位差的干涉信号，同时引入最小二乘椭圆拟合算法进行解调，取代了移频正交解调方案中的定标算法，降低了长期工作环境下交直流参数漂移给解调结果带来的谐波失真。实验结果表明，移频正交拟合解调方案能在交直流参数漂移情况下对目标信号进行准确解调，解调结果信纳比为50.6dB，总谐波失真为0.04%，相比于改进前的方案信纳比提升了28.2dB，总谐波失真降低了0.08%，证明了该方案拥有出色的性能。此外还对该方案的FPGA架构进行了设计与编写，利用cholesky分解实现了椭圆拟合算法的FPGA运行，提高了使用场景的灵活性和多样性。