激光多普勒探测技术与传统机械接触与光纤接触等测振手段相比,其具有高精度,无接触无损伤,受环境干扰小,寿命长等优势,同时能获得更高的信噪比,在弱振动信号检测领域中,更受工程人员和学者的青睐。激光多普勒探测技术被广泛地用于目标表面粗糙度测量,目标分类识别,MEMS检测,建筑健康检测,生物医疗和语音侦听等领域。探测前端系统经历了从棱镜干涉结构到半光纤组合结构再到全光纤探测系统,其相应的信号处理技术也从传统的模拟解调向数字解调转变。在国外,已经实现了300米外的声音引起的微振动获取,对于近距离目标的探测,德国Polytec公司已经具有近皮米量级的微振动测量。国内也展开过一系列相关研究,由于发射激光技术、光学匹配技术、高频信号处理技术等方面和国外相比仍有较大差距,我国近距离目标探测在探测精度方面还有很大发展空间。本文主要从信号处理算法以及硬件设计两个方面,采用理论分析、数值仿真和实验研究结合的方法,对激光多普勒微振动探测系统进行研究,本文主要内容如下:(1)介绍了激光多普勒微振动研究背景,和国内外现阶段对于这方面研究的进展。介绍了目前常见的微振动测量的特点。指出了激光多普勒技术在微振动探测领域的优势,尤其在语音俘获领域的优势。提出国内在多普勒微振动测量领域的瓶颈和不足之处,为本文以及后续的研究提供指导。(2)介绍并推导了光学多普勒的原理以及激光多普勒相干探测系统中探测器所采集到信号的表达式并分析了探测光电流中不同成分的含义。推导并研究了声光移频器件、平衡探测器以及激光线宽给激光多普勒探测带来影响,分析了现阶段常用的几种激光多普勒微振动光学探测系统搭建体系以及相应的信号处理算法。(3)针对于传统全光纤激光多普勒探测系统存在的光纤端面中频回路串扰的弊端,提出了脉冲时域斩波算法和采用双声光收发分离式激光多普勒探测光路两种方法,从而消除中频回路串扰对信号解调带来的影响。(4)介绍了FPGA的构成和基于FPGA的硬件电路开发流程,设计了基于FPGA开发的全数字信号处理的硬件电路综合设计方案,使用CORDIC和FFT的IP核分别实现反正切解调和短时傅里叶变换。(5)搭建基于FPGA全数字硬件电路的激光多普勒探测系统,进行实际机械微振动信号和语音微振动信号的获取实验,分别测量了宏静止目标和宏运动目标的微振动情况,验证了全数字解调方案的可信性。(6)利用激光多普勒微振动实测数据分析了魏格纳-维利分布、平滑伪魏格纳-维利分布、谱图以及扩展修正B分布进行时频分析的性能,并证实在实验室条件下,扩展修正B分布进行激光多普勒微振动实测数据的时频分析性能要优于传统的时频分析性能。