【摘 要】
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激光多普勒测振技术是一种非接触式的测振技术,自提出以来,就广泛应用于各种高精度测量场景中,例如医疗领域、航空航天及军事目标的检测等方面。相比于传统的接触式传感器的测振技术,激光多普勒测振技术具有更高的空间分辨率和灵敏度。但是,测振系统一般工作在非理想的环境下,光学系统的非理想性会导致载波泄露,粗糙的目标物体表面的散斑模式动态变化会导致散斑噪声。本论文“非理想环境下激光多普勒信号的研究与实现”将对基
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激光多普勒测振技术是一种非接触式的测振技术,自提出以来,就广泛应用于各种高精度测量场景中,例如医疗领域、航空航天及军事目标的检测等方面。相比于传统的接触式传感器的测振技术,激光多普勒测振技术具有更高的空间分辨率和灵敏度。但是,测振系统一般工作在非理想的环境下,光学系统的非理想性会导致载波泄露,粗糙的目标物体表面的散斑模式动态变化会导致散斑噪声。本论文“非理想环境下激光多普勒信号的研究与实现”将对基于自适应滤波器的载波对消结构和脉冲噪声消除算法进行研究,最终在FPGA平台上实现激光多普勒信号的实时处理,包括对激光多普勒调制信号的实时解调、载波泄露抑制和脉冲噪声消除。所有算法模块均通过仿真和FPGA平台验证,且具有可移植性。通过理论分析和实验验证的方式,对不同距离下的载波泄露信号进行测量,测试其对解调系统的影响。结果表明:载波泄露仅与光学系统有关,本文中的激光多普勒测振系统的载波泄露功率为-12d Bm(±3d Bm),在测振距离为15m(±5m)时,载波泄露与激光多普勒回波信号的幅度相当,当相位相差180。时,解调系统中的脉冲噪声明显增加。本文所提出的载波部分对消结构能够最高实现38d B的载波对消比,实现了约2.5倍的信噪比提升,降低了脉冲噪声出现的频次。与采用模拟电路实现的自适应载波对消算法相比,基于FPGA的自适应载波对消算法能够实现约50%的性能提升。为了消除解调系统中产生的脉冲噪声,本文对基于四阶累积量的峰度检测算法进行研究,利用脉冲噪声加性非高斯的特性,实现脉冲噪声与正常频率信号的检测与分离。推导了峰度系数迭代公式,利用参数近似替代的方式简化了计算量。使用MATLAB对改进的峰度系数迭代算法进行性能分析仿真,仿真结果表明:改进的峰度系数迭代公式对脉冲噪声具有更敏感的检测性能。为了能够在FPGA上实现脉冲噪声的实时检测和消除,本文提出了一种动态阈值判决方法,该方法能够避免算法结构中FPGA所不擅长的除法运算,同时通过合理设计将乘法器的使用降低至2个。最终的实验结果表明,该算法在降低了25%的硬件资源消耗的同时,对脉冲噪声有很好的检测能力,改善了测振系统在远距离(50m-100m)下的测振性能。
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