[發明專利]一種光纖激光水聽器光路結構及信號解調方法

有效

• 申請號: 201711023333.6
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107884059B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 郝良彬;趙晨;張海巖;李振;趙俊鵬
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種基于光纖激光水聽器光路結構的數字調制解調模塊的信號解調方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

數字調制解調模塊(13)接收數字電信號Y_s；

根據數字電信號Y_s產生與載波調制頻率同頻的參考信號Y_r與倍頻信號Y_2r；

將參考信號Y_r與倍頻信號Y_2r分別與數字電信號Y_s相乘，并進行低通濾波得到信號表達式Y_1LP和信號表達式Y_2LP；

將信號表達式Y_1LP進行微分得到信號表達式Y_1d，將信號表達式Y_2LP進行微分得到信號表達式Y_2d；

將信號表達式Y_1d與信號表達式Y_2LP交叉相乘得到信號表達式Y_cross1，將信號表達式Y_2d與信號表達式Y_1LP交叉相乘得到信號表達式Y_cross2；

信號表達式Y_cross1與信號表達式Y_cross2相減得到信號表達式Y_sub；

對信號表達式Y_sub積分得到信號表達式Y_integ；

對信號表達式Y_integ進行高通濾波解調得到外界聲信號；其中，

數字電信號Y_s為：

其中，ω₀為載波調制頻率，A為直流分量，B為交流電壓幅值，為外界聲信號，為噪聲信號，為系統初相位，C為調制深度；

參考信號Y_r為：Y_r＝cosω₀t；倍頻信號Y_2r為：Y_2r＝cos2ω₀t；信號表達式Y_1LP為：信號表達式Y_2LP為：其中，J₁(C)為一階貝賽爾函數，J₂(C)為二階貝賽爾函數；

信號表達式Y_1d為：

信號表達式Y_2d為：

信號表達式Y_cross1為：

信號表達式Y_cross2為：

信號表達式Y_sub為：信號表達式Y_integ為：外界聲信號為其中，

所述數字調制解調模塊(13)為定點型FPGA，所述數字調制解調模塊(13)具有輸出調制頻率所需控制信號的方法，該方法包括以下步驟：

1)在FPGA內部建立查找表，并在查找表內存儲調制頻率對應的數字量；

2)FPGA輸出調制頻率對應的數字量以及時鐘信號的數字控制信號至所述數字頻率合成器(14)；

3)數字頻率合成器(14)根據數字控制信號輸出對應頻率的模擬電信號至運算放大器(16)；

4)運算放大器(16)將模擬電信號反向放大后輸入至非平衡邁克爾遜干涉儀(5)，纏繞在壓電陶瓷環的光纖環(8)的壓電陶瓷環在周期模擬電信號驅動下周期性振動，引起纏繞在壓電陶瓷環的光纖環(8)的長度和折射率發生改變，因此實現光信號的載波調制；其中，

所述光纖激光水聽器光路結構包括：泵浦激光器(1)、波分復用器(2)、光纖激光水聽器(3)、隔離器(4)、非平衡邁克爾遜干涉儀(5)、光電探測器(11)、模數轉換器(12)和數字調制解調模塊(13)；其中，

泵浦激光器(1)輸出的連續光通過尾纖進入波分復用器(2)的輸入端，經波分復用器(2)的公共端進入光纖激光水聽器(3)；

外界聲波信號對光纖激光水聽器(3)進行波長調制，使得光纖激光水聽器(3)反射的光信號攜帶有外界聲信號，并進入波分復用器(2)，經波分復用器(2)的輸出端進入隔離器(4)的一端，由隔離器(4)的另一端進入非平衡邁克爾遜干涉儀(5)，非平衡邁克爾遜干涉儀(5)將攜帶有外界聲信號的光信號進行載波調制得到攜帶有外界聲信號的干涉光信號，并將攜帶有外界聲信號的干涉光信號輸入至光電探測器(11)，光電探測器(11)將攜帶有外界聲信號的干涉光信號轉換為攜帶有外界聲信號的模擬電信號，并將模擬電信號傳輸給模數轉換器(12)，模數轉換器(12)將模擬電信號轉換成數字電信號并將數字電信號輸入至數字調制解調模塊(13)進行信號解調，得到外界聲信號對應的信息；其中，

所述非平衡邁克爾遜干涉儀(5)包括光纖延時環(6)、耦合器(7)、纏繞在壓電陶瓷環的光纖環(8)、第一法拉第旋轉鏡(9)和第二法拉第旋轉鏡(10)；其中，

纏繞在壓電陶瓷環的光纖環(8)分為兩端，一端與耦合器(7)連接，另一端與第一法拉第旋轉鏡(9)連接；

運算放大器(16)輸出端與纏繞在壓電陶瓷環的光纖環(8)的壓電陶瓷環連接；

所述運算放大器(16)輸出的模擬電信號驅動纏繞在壓電陶瓷環的光纖環(8)的壓電陶瓷環，實現光信號的載波調制；

所述隔離器(4)輸出的光信號進入耦合器(7)后，分為兩路光，一路光信號經光纖延時環(6)經光纖延時環(6)到達第二法拉第旋轉鏡(10)后再反射回耦合器(7)；另一路光信號經纏繞在壓電陶瓷環的光纖環(8)到達第一法拉第旋轉鏡(9)后再反射回耦合器(7)；

在耦合器(7)內兩路反射光產生干涉，形成載波調制的攜帶有外界聲信號的干涉光信號；

還包括數字頻率合成器(14)和運算放大器(16)；其中，

所述數字頻率合成器(14)與所述運算放大器(16)相連接；

所述數字調制解調模塊(13)將預設的載波調制頻率對應的控制信號輸入至所述數字頻率合成器(14)，所述數字頻率合成器(14)根據控制信號輸出對應頻率的模擬電信號至所述運算放大器(16)，所述運算放大器(16)將模擬電信號放大后輸入至所述非平衡邁克爾遜干涉儀(5)實現載波調制；

還包括同步晶振(15)；其中，

所述同步晶振(15)分別與所述數字調制解調模塊(13)、所述數字頻率合成器(14)相連；

所述同步晶振(15)用于向所述數字調制解調模塊(13)和所述數字頻率合成器(14)提供同步時鐘；

泵浦激光器(1)的波長為980nm，功率為150mW。