1前语
在水听器运用中，因为水下声场的复杂性，单元水听器无法取得方针的详细信息，有必要依托超大阵元数目的高度复用的传感器阵列。通过水听器阵列完结声场信号的波束构成，完结对水下方针的定位与指向。为降低成本与体积．多路复用技能被广泛的用到了水声信号传输范畴。多路复用技能的运用对水声信号的处理才能提出了更高的要求。怎么完结多路复用信号的解复用以及实时快速解调是整个体系规划的要害。本文提出一种依据FPGA和DSP的光纤传感信号实时处理体系。
2体系组成与硬件流程图
图1体系结构框图
2．1A/D前端处理电路及A/D采样模块
探测器对光纤输入的光脉冲序列进行光电转化，通过滤波器完结波分化复用，再对信号进行扩大及阻抗匹配，使其满意ADC对输入信号的要求。
在时分复用阵列中，体系采样频率与单路信号采样频率和复用路数的乘积成份额。规划体系单路信号采样频率为125KHZ，则8路时分复用体系最低采样频率到达1M，因而选用AnalogDevices公司的16位模数转化器AD9446，它在100MSPS转化速率的条件下，能一起坚持0.4LSB微分线性差错（DNL），十分合适高采样率和宽带宽的运用场合。关于高速收集体系，A/D树立安稳的作业状况需求适当长期，频频地改动A/D的作业状况会影响丈量的精度，严峻时会形成信号的失真。为此，同步指令不直接作用于高速A/D，而是用FPGA产生A/D采样时钟信号，并依据同步指令完结对采样数据的取舍。
2．2FPGA模块
因为信号载波频率较高。相应的进步了信号的采样频率，增大了处理器处理速度和数据传输的压力。而后端对信号处理关怀的是信号的特征信息，因而选用FPGA对数据进行数字低通滤波，然后对数据进行降采样处理，这样就可用较小的数据量取得信号信息，缓解DSP数据解调压力。与此一起，FPGA使A/D采样与信号调制坚持同步。为了充沛利用FPGA和DSP的各自长处，选用Altera公司的逻辑单元个数为5980、装备存储器容量可达1M的EP%&&&&&%6F256，悉数操控逻辑由硬件完结，完结操控与算法的别离，充沛满意体系实时性的要求。
2．3数据缓存FIFO模块
信号接纳缓存选用IDT公司的同步FIFO器材。DSP读取FIFO数据时EDMA操控器能够独立于CPU作业．方便地完结片内存储器、片内外设以及外部存储空间之间的数据搬运。数据连绵不断推入FIFO，FIFO数据存满则主动将满标志置位．发动DSP的EDMA7通道进行传输。
2．4外部存储模块
2．4．1程序存储器FLASH
借助于仿真器，叮直接对Flash进行在体系编程。Am29LV033C是AMD公司出产的Flash存储器，内部能产生高电压进行编程和擦除操作。参阅C6000的外扩FLASH的通用在线编程办法．通过两级引导加载，完结体系的自举引导。
2．4．2数据存储器SDRAM
体系处理的是光纤水听器阵列海量信号。每个DSP处理几个单元水听传感器信号。因而每个DSP扩展了4Mx32b的SDRAM芯片，首要用于存储输入、输出数据，并映射到TMS3206713存储器CEO空间。每次采样时，DSP通过EDMA中止传输，将从FIFO接纳到的几帧数据保存到SDRAM中。
2.5DSP电路模块
DSP电路模块首要完结体系的水声信号全数字PGC解调作业，是整个体系完结实时快速要求的要害。选用TI公司的32位浮点DSP处理器TMS320C6713．处理才能高达2400MIPS，结合该芯片的8指令并行运转的特色，对程序进行优化，可大大进步运算速度，完结“二次解调”实时处理算法。
3数据处理
3．1PGC解调原理
PGC解调一般用于消除双臂干与仪中因为环境要素引起的相位漂移。在干与仪中引进载波后，干与输出是
式中：A是直流偏置，B是干与项幅值，C是载波幅值，ω0是载波角频率，φ（t）=Dcosωst+ψ（t），Dcosωst是被测信号，D是被测信号幅值，ωs是被测信号角频率，ψ（t）是相位漂移。将（1）式别离乘以Gcosω0t和Hcos2ω0t，当载波频率远远ω0大于被测信号φ（t）和频率ωs时，可经低通滤波将一切含ω0及其ω0倍频项滤去，对其进行微分，穿插相乘、相减、积分、高通滤波终究得到所需的相位信息。
3．2载波推迟的影响
在PGC调制解调电路中，为了确保频率严厉匹配，载波选用FPGA产生，通过扩大和阻抗匹配后，驱动光源或许相位调制器用于对光波进行相位调制，遭到调制的光波通过光路传输后产生干与，干与输出通过ADC模数转化后由电路进行解调。因为存在不可避免的转化和传输时刻，因而混频相乘时干与输出中的载波与基频、2倍频比较存在相位推迟。则干与输出的Bessel函数展开式为：
上式中φt=ω0t表明载波的相位推迟。选用Gcosω0t和Hcos2ω0t与I‘进行混频相乘和低通滤波得到：
与I1和I2比照，增加了与载波频率和推迟时刻有关的系数项cosφt和cos2φt，对I1’和I2‘进行后续PGC解调，终究得到：
与I3比较，I3’增加了幅值系数项cosφt*cos2φt。一般情况下，系数项的绝对值小于l，导致解调输出起伏衰减。当系数项为负值时，导致解调输出符号相反。当系数项当系数项为零时。解调输出恒为零，导致PGC解调失利。因而，有必要消除载波推迟形成的影响。
3．3载波相位推迟的求解和解决办法
别离将I‘乘以Gcosω0t、Gsinω0t和Hcos2ω0t、Hsin2ω0t，再进行低通滤波。假设在时刻段［0，tn］内，推迟相位φt根本不变，对该式在该时刻段进行N点离散化核算其均值得：
将（10），（9），（12），（11）得
求得φt后，再将信号与Gcos（ω0t+φt），Hcos2（ω0t+φt）进行混频，消除相位推迟引起解调信号起伏衰减的现象。
4定论
本体系严密结合实际工程项目．成功完结了以FPGA+DSP构成的光纤传感信号实时处理体系的硬件及软件规划．并针对载波相位推迟形成的解调信号起伏衰减提出了解决办法。本体系具有高速实时数据运算才能。可广泛运用于多路数据收集处理等范畴，可晋级才能强，运用远景十分宽广。
本文作者立异点：将FPGA+DSP并行处理架构运用于光纤传感信号处理体系，进步体系的实时处理速度，并针对载波相位推迟形成的解调信号起伏衰减提出了解决办法。体系在光纤工业的工程化运用具有杰出的远景。
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