《光电检测技术》第6章6.1-6.2.ppt

1、第六章 光束的调制,能源与动力工程学院,（一）调制,一、调制的概念与分类：,在光电系统中，光通量是信息的载体。 1）例如物质燃烧过程所形成的光辐射本身就包含着物质内部结构成分的信息。 2）例如在透过率测量系统中，使恒定的光通量通过被测介质，随介质吸收情况的不同输出光通量的数值有所改变，于是被测介质透过率的信息即被载荷到光通量上。,6.1 光束调制的基本概念,能源与动力工程学院,调制：将信息加载到光载波上，并使光的参量发生变化的过程。,作用：采用光束调制的光电系统在信息的传递和测试过程中具有更高的探测能力和稳定性。,光载波特征参量：光功率、振幅、频率、相位、脉冲时间、传播方向、偏振方向、光学介质

2、的折射率等。,6.1 光束调制的基本概念,能源与动力工程学院,2、按时空状态分类（1）时间调制：载波随时间和信息变化。（2）空间调制：载波的空间状态按信息规律调制。（3）时空混合调制：载波随时间、空间和信息调制变化。,（二）调制的分类,1、按照调制次数分类：,（1）一次调制：将信息直接调制到光载波上。 （2）二次调制：将光载波先人为地调制成随时间或空间变化，然后再将被测信息调制到光载波上。这样做对提高信噪比和测量灵敏度，对信息处理的简化都有好处，还可以改善系统的工作品质和扩大目标定位范围。,6.1 光束调制的基本概念,能源与动力工程学院,3、按载波波形分类（1）直流载波：载波不随时间变化而只随

3、信息变化。（2）交变载波：载波随时间周期变化。,（1）模拟调制：输出信号为幅度连续变化的模拟量。在任何时刻信息的幅度与载波参数之间都有一一对应的关系。,调幅（AM） 调频（FM） 调相（PM）,模拟调制,4、按信号形式分类,6.1 光束调制的基本概念,能源与动力工程学院,6.1 光束调制的基本概念,能源与动力工程学院,（2）脉冲载波调制：,脉冲调制和数字调制二类。脉冲调制和数字调制是对信息的幅度按一定规律间隔采样，而用脉冲序列作载波。,脉冲调幅（PAM） 脉冲调宽（PWM） 脉冲调频（PFM） 脉冲调位（脉冲调相或脉冲时间调制PPM）,A、在脉冲调制形式中，脉冲序列的某一参量会随低频调制信号的

4、变化而变化。,脉冲调制,6.1 光束调制的基本概念,能源与动力工程学院,B、数字调制是把信息以 某一编码的形式转变成脉冲序列。而这种载波脉冲在时间上的位置是固定的，其幅度被量化了。,能源与动力工程学院,6.1 光束调制的基本概念,1、调制即可在辐射源中也可在光路系统中进行，能实现调制作用的装置称为调制器。 2、从已调制的信息中分离并提出有用信息（即恢复原始信息）的过程称为解调。能实现解调作用的装置称为解调器。,（三）调制器与解调器,6.1 光束调制的基本概念,能源与动力工程学院,1、作用：调制信息的一个重要特性是它的频谱。利用有用信息频谱和噪声频谱的差别，就可抑制噪声提高信息检测的质量。,2、

5、调制信息的频谱，它代表不随时间变化的信号直流分量。,二、调制信号的频谱：,3、方法：通过傅里叶级数的展开式，任何复杂的周期信号都可以表示为直流分量与无数谐波分量之和。同时，傅里叶级数揭示了信号的频谱特性，这样可对任何的周期信号进行分解，也可以实现信号的合成。,4、频谱类型： 信号的频谱可以是连续的也可以是离散的。当周期信号展开成傅里叶级数时，其频率只是基频的整数倍，所以周期信号的频谱总是离散的。,能源与动力工程学院,6.1 光束调制的基本概念,一、调制波形式：,1、光载波形式：,是光载波的直流分量，通常不含有任何信息； 是载波交变分量的振幅； 是角频率； 是载波初始相位 因为载波不可能是负值，

6、所以载波交变分量总是叠加在直流分量之上，被测信息可以对交变分量的振幅、频率或相位进行调制。,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,2、调制波形式：,(t) 是由被测信息决定的调制函数； X(t)为载波的振幅，即为振幅调制(AM)； X(t) 为载波的频率，即为频率调制(FM)； 为载波的初始相位，即为相位调制（PM）;,光载波：,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,二、振幅调制：,载波的振幅随调制信号的规律而变化，而频率、相位保持不变称为振幅调制，简称调幅。 低频调制信号控制高频载波信号。,1、定义：,2、调幅波：,为调制度或调制深度，它表示X(t)对载波幅度的调变能力,能源

7、与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,若调制函数（）是正弦函数，被测信息按单一谐波规律变化,是被测信息的谐波变化角频率； 、 是X（t）的频率和初相位。,调制以后的载波：,在初始相位 时的载波信号表达式为,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,3、调幅波频谱：,频谱分析：,正弦调制函数的调幅信号除了零频率分量外还包含有三个谐波分量：以载波频率为中心频率的基频分量和以振幅为基波振幅之半、频率分别为中心频率与调制频率（）的和频（）和差频（）的两个分量。,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,三、频率调制：,载波的频率按调制信号的幅度

8、改变，使调制后的调频波频率瞬间偏离原有的载波频率，而瞬间偏离值与调制信号幅度瞬时值成正比，简称为调频。,1、定义：,2、调频波：,w 是由调制信号引起的瞬间角频率的偏移量，对应f，简称频偏。,当X(t)时，载波频率的变化最大，为0,当X(t)0时，载波频率不偏移,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,角相位：,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,若调制函数 （t）是余弦函数，被测信息按单一谐波规律变化,是被测信息的谐波变化角频率； 、 是相应的频率和初相位。,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,式中，为偏频；为调制频率。 为频率调制指数，表示单位调制频率引起偏频变化

9、的大小 称为宽带调频，称为窄带调频。,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,窄带调频时，mf1,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,式中，频谱基波频率为 组合频率为和 窄带调频时的带宽为,一般情况下，调制信号形式比较复杂时，调频的频谱是以载波频率为中心的一个带宽域，带宽随而异。 窄带调频时的带宽为 宽带调频时的带宽为（）（）,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,四、脉冲调制：,脉冲幅度调制 脉冲宽度调制 脉冲频率调制,将直流信号用间歇通断的方法调制，就可以得到连续的脉冲载波。若使载波脉冲的幅度、相位、频率、脉宽及其他的组合按调制信号改变就会得到不同的脉冲调制。,1、

10、实现方法：,2、分类：,调制方法不仅能提高系统测量灵敏度，提高信噪比，而且能使同一个光学通道实现多路信息传输。,3、意义：,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,五、编码调制：,（1）抽样：就是把连续信号波分割成不连续的脉冲波，用一定的脉冲序列来表示，且脉冲列的幅度与信号波的幅度相对应。这就是说通过抽样，原来的模拟信号变成脉幅调制信号。,1、定义：,编码调制是把模拟信号先变成脉冲序列，再变成代表信号信息的二进制编码，然后对载波进行强度调制。,2、过程： 抽样、量化和编码,（2）量化：就是把抽样后的脉幅调制波进行分级取“整”处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。经抽样再通过量化即变成数字信号。,能源与动力工程学院,6.2 光信号的调制原理,（3）编码：就是把量化后的数字信号变换成相应的二进制码的过程。即用一组等幅度、等宽