舰船尾流光外差探测的信号检测与处理研究

摘要

近年来，舰船尾流的光学检测已成为国内外研究的一个热点。根据舰船尾流区域的气泡和湍流的运动特征，通过检测运动气泡和湍流的多普勒激光频移的变化来判断尾流是否存在以及尾流的特性，从而能够间接得到目标舰船的距离、方位等数据。本文对舰船尾流激光多普勒频移的外差检测方法进行了研究，设计了舰船尾流多普勒频移的外差光信号检测处理系统。
　　1、在了解激光外差探测原理和尾流气泡激光多普勒频移外差信号特点的基础上，分析了外差检测中气泡通过光场时的散射光信号和探测器电信号的主要特征，并与目前常见的信号处理方法所处理的信号特征进行了比较。
　　2、搭建了尾流气泡多普勒频移外差探测的光路系统，研究了不同模拟尾流的多普勒频移的外差光信号特征。得出了不同气泡数密度和不同速度分布下的模拟尾流气泡群多普勒频移外差光信号的特点。
　　3、根据实验所得到的多普勒频移光外差信号的特征，确定了信号采集电路的采样速度和采样精度，进而确定合适的运算放大器芯片和模数转换芯片。选用CPLD作为信号采集电路的控制芯片，设计了相应的信号调理电路、模数转换电路以及CPLD工作电路。利用了硬件描述语言Verilo g实现了模数转换电路的控制、数据的读取和数据的缓存，同时设计了向信号处理器高速传输数据的DMA接口。
　　4、使用数字信号处理器 DSP作为信号处理的主芯片，设计了 DSP信号处理的工作电路，采用离散数字信号频谱分析的快速傅里叶变换算法，在 DSP上实现了快速傅里叶变换，可实时获得尾流气泡的多普勒频移谱。

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第一章 绪论

1 .1光尾流研究的背景与意义

1 .2研究历史与现状

1 .3本文的主要工作

第二章 尾流激光散射多普勒频移及其检测原理

2 .1舰船尾流光学特性

2 .2激光后向散射与光外差探测原理

2 .3差动模式激光多普勒信号的特性

2 .4尾流外差信号的频谱分析

2 .5本章小结

第三章 信号采集电路原理与实现

3 .1信号采集电路系统框图

3 .2采集系统程序实现

3 .3本章小结

第四章 尾流信号处理电路设计与实现

4.1 DSP信号处理硬件实现

4 .2数字式FFT的实现

4.3 DSP数据处理设计

4 .4判断尾流存在的方法

第五章 全文总结

5 .1主要研究内容和设计实现

5 .2有待深入研究的内容

附录A 电路的完整原理图

附录B 电路系统部分代码

参考文献

致谢

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