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《天津大学》 2007年 博士论文
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光电集成加速度地震检波器信号处理理论分析及应用研究

王金海  
【摘要】: 光电集成加速度检波器体积小、抗电磁干扰能力强和适合在强电磁场和高温高寒等恶劣环境下稳定工作等特点使其具有广泛的应用前景,但它的数据采集量少、实时性差和大量数据收集困难等问题极大局限了它的发展和应用,论文提出的基于优化的新解调方法、新颖的可重新配置的SOPC(System On Programmable Chip)实现方法和高速传感网络系统设计的集成化、数字智能化和系统化的现代传感系统解决了这些问题,使光电集成加速度传感系统能够在对传感系统有更高要求的导弹制导、飞机导航、大型电器设备的振动遥测及石油地震勘探等领域得到广泛应用,而且可以使得课题组研究成功的各类干涉型光电集成加速度地震检波器推广应用。 本文研究是国家自然科学基金资助项目“混合型集成光学加速度地震检波器理论与实验研究”(No.49874031)和“光电集成加速度地震检波技术理论与实验研究”(No.40274047)的后期研究课题,旨在将研究成功的各类干涉型光电集成加速度地震检波器推广应用。论文在课题组研究成功的各类干涉型光电集成加速度地震检波器进行详尽分析基础上,对信号处理作了深入研究,提出了优化的新的数字解调方法,首次创新性提出并行工作的光电集成加速度传感器通用数字信号处理系统SOPC设计方法,首次将工业以太网接口应用在光电集成传感信号处理终端中构成传感网络,使研究的传感系统具有频带更宽、灵敏度高、抗干扰能力强、实时性好、智能化和易于构成高速测线网等优点。论文的主要研究工作如下: 1.详细推导光电集成加速度地震检波器传感机制,对课题组研究的几种典型的传感器的特点进行了研究和分析,为数字信号处理系统奠定了研究基础。 2.在对传统解调技术对比分析的基础上,结合交流相位跟踪零差补偿技术(PTAC)和综合外差信号解调技术,对解调理论提出了改进和优化方法,并在考虑3×3耦合输出非对称设计的情况下,提出了基于干涉型集成加速度地震检波器3×3耦合输出设计方案和集成加速度地震检波器无载波解调理论。 3.利用Simulink仿真验证了解调理论,并详细分析加速度检波器在理想和噪音环境下的系统输入与输出关系,通过仿真得到大量实验结果,经分析得到了比传统方法更宽的动态工作频率和10rad无失真解调幅度范围及其他仿真参数。 4.提出了新颖的并行工作的数字信号处理系统电路SOPC设计方案和实现方法,实现了400M工作时钟、采样频率达400K和系统分辨率达0.001V的DSP(Digtal signal processing)与微处理器系统并行实时工作集成化的采集、处理传感网络终端,并基于LABVIEW和SOPC系统样机完成了振动台标定、系统标定、模拟现场和实际环境测试实验。 5.基于TCP/IP技术,构建了结合C/S和B/S结构的传输速度达10M/100M的低误码率的高速传感网络体系结构,首次将工业以太网接口应用在光电集成传感信号处理终端中构成高速传感网络,提出一种嵌入以太传感网络的新型智能化和数字化信号处理系统解决方案,构建高速通用测线网络结构,实现海量数据实时传输,满足地震勘探等领域计算机分析和解释系统的需求。


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