【《基于归一化预处理的3×3耦合器信号解调方案分析》1700字】

基于归一化预处理的3×3耦合器信号解调方案分析目录TOC\o"1-3"\h\u22076基于归一化预处理的3×3耦合器信号解调方案分析 1200931.1对解调方案的改进 1293411.2改进方案的仿真 21.1对解调方案的改进传统3×3耦合器信号解调方案虽然有结构简单、频率响应范围广、动态范围大、不需载波调制等优点，但是易受环境及系统噪声干扰，并且受耦合器工艺限制，分光比不够理想，导致相位不完全成120°，三路输出信号幅度不完全相等，从而使解调信号失真，也限制了该解调方案的大规模实用化。为此，可使用归一化处理替代去除直流部分对三路输入信号进行预处理，具体原理图如图1.10所示。图1.10基于归一化预处理的3×3耦合器信号解调原理图通过消除各路信号的偏移量，并除以相应的比例因子，具体归一化处理如下：（1.23）其中，，分别为第路输出光信号的光强最大值和最小值。设三路信号的最大值分别为、、，最小值分别为、、，依据余弦函数的有界性可知，和分别为、、的最大值和最小值。当信号确定时，、的大小便与无关，即与光功率无关，为常量值。所以，归一化处理后的三路信号分别为：（1.24）然后将归一化处理后的三路信号分别送入核心运算部分和自动增益控制部分，经过运算解调后，可得到待测目标信号与某一常量值的乘积，且该常量值与光功率无关。该方案不仅对噪声有一定的抑制作用，而且对耦合器分光比不理想导致解调信号失真问题，有一定的抑制作用。1.2改进方案的仿真假设理想情况下，输入信号的直流幅度为5，交流幅度为5，待测信号是幅度为5rad的余弦信号，系统采样率为100k，高通滤波器截止频率为20Hz，分别在出现直流幅度偏差、交流幅度偏差和含有噪声的情况下，对传统解调算法和改进后的解调算法进行仿真测试。1.直流幅度偏差时的仿真测试在三路输入信号的直流幅度偏差为10%和20%时的情况下，对传统的3×3耦合器信号解调方案和改进后的方案，分别进行仿真。仿真测试的功率谱图如图1.11所示。（a）直流幅度偏差为10%时（b）直流幅度偏差为20%时图1.11直流幅度偏差时仿真测试的功率谱图当三路输入信号直流幅度出现偏差时，传统解调方案无法有效去除每路信号的直流分量，导致后续的信号解调出现轻微的噪声。从仿真测试的功率谱图可以看出，改进后的解调方案的噪声本底更低，并且能够有效降低偶数倍频的谐波信号，提升信号质量。1.交流幅度偏差时的仿真测试在三路输入信号的交流幅度偏差为10%和20%时的情况下，对传统的3×3耦合器信号解调方案和改进后的方案，分别进行仿真。仿真测试的功率谱图如图1.12所示。（a）交流幅度偏差为10%时（b）交流幅度偏差为20%时图1.12交流幅度偏差时仿真测试的功率谱图当三路输入信号交流幅度出现偏差时，对后续的核心解调结果和自动增益控制的计算结果均会产生不同的影响，从而影响最终的解调信号。从仿真测试的功率谱图可以看出，改进后的解调方案的噪声本底略低，并且能够有效降低偶数倍频的谐波信号，提升信号质量。3.含有噪声时的仿真测试在信号中加入高斯白噪声，噪声标准差分别为1和2时，对传统的3×3耦合器信号解调方案和改进后的方案，分别进行仿真。仿真测试的解调信号图和功率谱图分别如图1.13和图1.14所示。（a）噪声标准差为1时（b）噪声标准差为2时图1.13含有噪声时仿真测试的解调信号图（a）噪声标准差为1时（b）噪声标准差为2时图1.14含有噪声时仿真测试的功率谱图从图1.13和图1.14可以看出，当输入信号中含有噪声时，传统方案解调后的信号会明显失真，而改进后的解调方案能够有效降低噪声影响，还原待测信号，并且还能提高系统抗干扰性，提高信噪比和信号质量。从以上三种不同情况下的仿真测试结果可以看出，当耦合器的分光比不理想时，导致三路输入光信号幅值不相等，从而引起解调信号失真和增大系统噪声本底。同时，受光纤水听器的高灵敏性和3×3耦合器信号解调方案的易干扰性影响，系统易引入噪声，从而无法有效还原待测信号。而改进后的解调方案在耦合器分光比不理想时，能够有效去除输入信号的直流分量，并降低系统噪声本底和减少信号失真。在输入信号含有噪声时，该方案能有效降低噪声影响，还原待测