光纤法珀传感器解调方法的研究基于Chirp-Z变换的MUSIC改进算法

摘要

光纤法珀传感器是一类重要的光纤传感器,其信号处理技术是传感器工程应用和技术推广的关键,基于傅立叶变换获取传感器反射信号频率的方法是一类经典方法,但这类方法存在很多缺陷,如插值和补零变换误差大,FFT无法针对某一特定频域做变换,CZT变换频率峰值信噪比不高,检峰难度大等。为了提高基于傅立叶变换的一类解调方法的精度和稳定性,提出了频率可调的 MUSIC(Mutiple Signal Classification)解调算法。对该方法进行了如下研究:
　　结合CZT变换原理改进了经典MUSIC算法,做到了可以任意设定变换的频率范围和自定义算法旋转因子,获得尖锐的频率峰值。通过仿真实验,分析了影响MUSIC算法的几个重要因素。通过对同一个法珀传感一段时间的检测,对比了FFT、CZT、经典 MUSIC算法和改进的 MUSIC算法波动范围,证明了改进算法减小了频率波动,在相同条件下,改进算法的波动范围只有经典MUSIC算法波动范围的一半。对单传感器和并联的多传感器解调,对比了FFT、CZT、经典MUSIC算法和改进的MUSIC算法,改进的MUSIC算法获得了噪声平滑,峰值尖锐的频域信号,证明了改进算法拥有更小的误差和更好的频谱。
　　完成了FFT、CZT、经典MUSIC算法和改进MUSIC算法的MATLAB程序,在C++下完成了解调设备的控制程序。
　　以上研究证明,改进的MUSIC算法能够获得较好的频谱,通过设定变换的频率范围和计算参数(如阵元个数和快拍次数等),能够获得更加稳定、误差更小、噪声平滑且峰值尖锐的频谱,该算法输出频率和腔长有近似于线性的拟合公式。
　　最后对改进算法中仍存在的不足,本文介绍了几个解决思路。为解决MUSIC算法不适用于相关信号的情况,介绍了解相关的空间平滑算法。

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第一章 绪 论

1.1 光纤传感器的优势

1.2 国内外研究动态

1.3 本文的主要研究内容和结构安排

1.4 本章小结

第二章 光纤法珀传感器基本原理

2.1 基本原理

2.2 传感器分类

2.3 解调算法

2.4 本章小结

第三章 基于频率可调的MUSIC解调算法的研究

3.1 Chirp-Z变换原理

3.2 MUSIC变换算法

3.3 基于CZT原理的MUSIC改进算法

3.4 空间平滑算法

3.5 本章小结

第四章 MUSIC算法软件测试实验

4.1系统硬件介绍

4.2 软件设计

4.3 实验结果

4.4 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果