激光测振信号的锁相解调与FPGA实现

摘要

在低频振动的测量方法中，激光干涉测量法具有更高的灵敏度和应用价值，而解调系统作为激光测振系统的核心部分尤其重要。本课题在原有干涉信号PGC解调算法基础上，结合锁相环的相位锁定功能，总结出锁相解调算法。
　　首先，本文介绍了锁相环的基本原理，分析了其主要构成和工作原理，对其各个组成部分进行了分析和数学建模，得到锁相环的相位模型，并给出了锁相环进入锁定状态的条件和特点。
　　其次，论文对激光测振系统总体进行了介绍，着重推导了干涉信号的两种PGC解调算法，对比了两种方法的优缺点。之后，对PGC解调中干涉信号的载波相对参考信号存在延迟时做了分析，确定其对解调结果具有非常严重的影响，从而提出了锁相补偿该相差的思路。同时，又对原有基于ARCTAN的PGC解调算法做了进一步改进，最终确立了本文的锁相解调原理。
　　最后，利用Altera公司推出的FPGA开发工具DSP Builder，对锁相解调算法中的主要部件：数控振荡器(NCO)、计算反正切的CORDIC模块和FIR低通滤波器进行了单独设计和仿真，最终完成了锁相解调系统的整体设计。
　　通过理论推导和模型仿真，设计的锁相解调系统达到了预定功能，可以进一步在实际中应用。

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第1章 绪论

1.1 本文研究背景及意义

1.2 锁相环的发展史

1.3 本文主要研究内容

第2章 锁相环的基本理论

2.1 锁相环的构成及工作原理

2.2 锁相环的数学模型

2.3 锁相环的锁定

2.4 本章小结

第3章 锁相解调算法分析

3.1 激光干涉测振系统

3.2 干涉信号的调制解调方法

3.3 锁相解调原理

3.4 本章小结

第4章 锁相解调方案的FPGA实现

4.1DSP Builder简介及设计流程

4.2 数字振荡器的设计

4.3 反正切计算的设计

4.4 滤波器的设计

4.5 锁相解调的整体设计

4.6 本章小结

结论

参考文献

致谢