光纤水听器三路输出解调方案仿真

　　1 引言

　　为适应水声学应用特别是水下反潜战的需要,光纤水听器应运而生。光纤水听器单元系统由置于被测环境前端的光纤水听器探头把感受到的外界变化转变为特定的光信号,通过传输光纤经光电转换器,实现由光信号到电信号的转变,利用相关的电路对所采集的信号实施解调恢复,得到待测信号。光纤水听器的种类很多,其中干涉型光纤水听器能够达到极高的灵敏度,可以用来探测微弱的物理量,在实际应用中,必须选用适当的信号处理技术自动且线性地将被测信号提取出来。基于3x3耦合器的三路输出解调方案被普遍认为是一种可靠实用的解调方案。本文用SIMULINK软件实现了此解调方案的仿真,并针对实际应用中可能出现的几种不理想情况进行了仿真和分析,这对于分析解调方案的实用性和可行性具有重要的意义[1]。

　　2 光纤水听器三路输出的解调原理

　　基于3x3耦合器的M-Z干涉型光纤水听器的结构如图1所示,干涉仪的输入端是一只2x2耦合器,输出端是一只3x3耦合器,外调制信号加在干涉仪的传感臂上。

　　传感相位差信号(即待解调信号)记为<(t),在实际应用系统中,外界环境的变化也会使信号臂与传感臂之间产生相位差,此相位差记为W(t),因此在任意时刻两臂之间的总相位差记为:g(t)=<(t)+W(t),干涉仪的三路输出可以表示为:

　　下面对解调过程进行数学分析:

　　第一步:将三路输出信号P1、P2、P3相加,再把和乘以1/3后分别与3个输入信号相加,可得到:

　　这样就从干涉仪的输出中减去了直流因子,仅剩下干涉信号的条纹部分d,e和f。

　　第二步:将a,b和c通过三个相同的微分器,可以得到:

　　第三步:将某个信号乘以另两个信号的微分差,并设其增益为AM,并将所得的结果相加,可得:

　　第四步:为了消除E2波动的影响,采用自动增益控制电路(AGC),可得3个输入信号的平方和为M,相除可以得到:

　　第五步:经积分运算后,得到:

　　3 光纤水听器三路输出解调方案的SIMULINK仿真及分析

　　根据以上的数学分析,选用合适的模块及参数设置,搭建了三路输出解调方案的SIMULINK仿真模型图,如图2所示,为了使模型图结构更清晰易懂,将完成同一功能的一部分模块组成了子系统,此模型图中共包含了4个子系统,分别是干涉仪三路输出子系统、去直流子系统、微分子系统和平方和子系统。基于搭建的仿真模型图对以下的几种情况进行仿真并分析仿真结果。

　　3.1 三路输出解调方案抗干扰性分析