Page 148 - 《应用声学》2023年第4期

810 2023 年 7 月

由图 6 可知，传统的 PGC-DCM 方法的时域解 逊型干涉仪的光纤水听器探头传感臂处施加激励。
调结果存在一定的波形畸变，其时频谱中声信号 并利用信号发生器对压电陶瓷施加电压为 2.71 V、
的二次、三次和四次谐波处具有较大的功率，说明 频率为 100 Hz 的正弦信号作为压电陶瓷的输入信
其解调结果中存在较强的谐波失真。而在图 7 中， 号。光纤水听器的输出信号转换为电信号后，由
EKF-DCM 方法的时域解调结果中波形畸变基本 FPGA以500 kHz的采样频率进行采样后传入计算
被消除，时频谱中声信号的各高次谐波处的功率 机，并利用LabVIEW软件同步接收。
也大大减小，说明其解调结果中的谐波失真受到
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了较大的抑制。这表明 EKF-DCM 方法相比传统 FPGA E↼t↽
的 PGC-DCM 方法能够有效地抑制非线性因素的
影响，解调出光纤水听器所探测到的声信号。表 2
中的各项则数据表明，EKF-DCM 方法解调结果 E↼n↽
的 SNR、THD 和 SINAD 性能均优于传统的 PGC- f ༏А٨ ϕ s ↼t↽
DCM方法。综上所述，EKF-DCM方法能够抑制传 ᎍፉښԍႃᬝၬʽ
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统的 PGC-DCM 方法解调过程中由各种非线性因
图 8 实验装置原理图
素引起的波形畸变，降低时频谱中的低频干扰和谐
Fig. 8 Schematic diagram of experimental device
波失真，EKF-DCM 方法的性能相比 PGC-DCM 方
法有明显的提升。 对实验中接收到的信号利用 EKF-DCM 方法
进行解调，并与传统的 PGC-DCM 方法的解调结
2.2 实验验证 果进行了对比。解调过程中采用基于 Kaiser 窗的
为了进一步验证 EKF-DCM 方法的有效性，设 Zero-Phase FIR 滤波器作为低通滤波器，低通滤波
计实验对该方法进行了验证。实验中所采用的 器的通带截止频率和阻带截止频率分别为 300 Hz
实验装置结构如图 8 所示。实验中的光源使用 和450 Hz，滤波器的阶数为21360。采样基于Kaiser
RIO 公司的 ORION TM 型激光器模块，输出中心 窗的 Zero-Phase FIR 滤波器作为高通滤波器，高

波长为 1550 nm、线宽为 1900 Hz、功率为 15 mW 通滤波器的通带截止频率和阻带截止频率分别为
的激光。实验中由现场可编程逻辑门阵列 (Field 90 Hz 和 30 Hz，阶数为 24380。两种方法的解调结
programmable gate array, FPGA) 产 生 频 率 为 果如图 9 和图 10 所示，两种方法解调结果对应的
31.25 kHz 的载波信号对调制激光器进行调制。利 Lissajous 图如图 11 和图 12 所示，解调结果的 SNR、
用压电陶瓷模来拟水声信号，在基于非平衡迈克尔 THD和SINAD如表3所示。
-0.045 2000
-40
-0.050 1800
1600 -60
-0.055
1400 -80
-0.060
ࣨए/rad -0.065 ᮠဋ/Hz 1200 -100 ࣨए/dB
1000
-0.070 800 -120
600
-0.075 -140
400
-0.080
200 -160
-0.085 0
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(a) PGC-DCMவขᝍូፇ౧ᄊ௑۫ฉॎ (b) PGC-DCMவขᝍូፇ౧ᄊ௑ᮠ៨
图 9 传统的 PGC-DCM 方法解调结果的时域波形和时频谱
Fig. 9 Time domain waveform and spectrogram of the demodulation results in the traditional PGC-DCM methods