基于双马赫—曾德型光纤扰动传感系统的快速检偏模块研究

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作为光纤扰动传感技术的一个重要分支,双马赫-曾德型分布式光纤扰动传感系统凭借其结构简单,传感距离长,信号解调复杂度低等优点得到了广泛应用。为解决偏振衰落对系统传感性能的影响,国内外研究者提出了一系列偏振控制算法对系统进行偏振控制,但其都是通过给触发因子设置一定的阈值或者在人为干预的情况下来实现对系统偏振态的实时判别。该阈值虽然可以通过多次实验来进行优化修正,但是无法自适应调整并适应复杂多变的外部环境。本论文在对比分析了几种典型分布式光纤扰动传感技术的传感原理及光路结构的基础上,主要开展了以下几方面的研究工作:1.详细介绍了双马赫-曾德型光纤扰动传感系统的定位原理及偏振控制技术,并对支持向量机在系统检偏技术中的应用进行了理论分析,提出了一种以FPGA作为运算核心的快速检偏方法。2.对FPGA单板硬件中信号采集、FPGA外围配置、电源网络、时钟网络以及串口通信等部分进行了原理图和PCB设计,而后通过与信号探测模块和偏振控制模块结合,完成了快速检偏模块的整体硬件设计。3.在硬件电路设计的基础上,采用自上而下的模块化设计思想,将快速检偏算法划分成各个等级的小模块,完成了各个模块的逻辑设计和功能仿真,并通过系统状态机对算法的执行逻辑进行控制,利用FPGA的并行硬件结构和流水线技术实现了算法在速度方面的优化提升。4.搭建双马赫-曾德型分布式光纤扰动传感系统,通过设计的硬件平台,对快速检偏模块的识别率和识别响应时间进行实验测试。实验结果表明,提出的快速检偏方法平均识别率为93.25%,分类模型的训练时间控制在100ms以内,识别响应时间在8ms以内,识别精度较高,实时性好,可以有效解决偏振控制算法触发不及时或者乱触发的问题,使系统能够更加稳定地运行。
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