时间：2025-03-21 来源：FPGA_UCY 关于我们 0
本发明专利技术公开了一种基于FPGA的偏振光偏振角度的提取系统，该系统主要包括放大电路、模数转换模块(ADC)、现场可编程门阵列(FPGA)和数模转换模块(DAC)，FPGA包括参数收发模块、参考信号产生模块、正交相敏检波模块和角度计算模块；其中，参数收发模块完成计算机和FPGA的数据指令传输；参考信号产生模块用以产生与待提取幅值信号同频率、相互正交、单位幅值的参考信号，并与ADC输出的数字信号在正交相敏检波模块中进行运算，得到待提取信号幅值；角度计算模块对获取的信号幅值进行运算获取偏振角度。本发明专利技术能够通过有效地提取输入信号中不同频率分量的幅值，获得偏振角度，不仅能够节约系统硬件资源、提高系统响应速度，而且改善了偏振角度的计算精度。
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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号处理和光电检测，特别是涉及一种基于fpga的偏振光偏振角度的提取系统。
技术介绍
1、在光电检测中，入射光先经过两块调制频率略有差异的光弹调制器，再经线偏振片和光电转化后，输出的信号中为含有调制频率在内的时变信号，对该时变信号进行相应的处理即可获得偏振光的偏振角度。目前，所采用的方法大致如下：(1)使用传统的锁相放大器硬件从该时变信号中获得特定频率分量的幅值，进而通过所提取的幅值计算偏振角度。在该方法中，每个偏振角度的测量通道都需配置两台锁相放大器，硬件投资大、维护成本高，且不能直接运算获得偏振角度。(2)使用快速傅里叶变换(fft)频谱分析提取幅值从而计算偏振角度，该方法一般是将复杂的fft运算及偏振角计算固化至fpga逻辑电路中，因此可在较低成本下实现快速、多频率分量的提取。但基于fpga使用fft算法提取角度计算量大，耗时长且精度不够高。
2、如何以较小的成本和计算量以及较短的耗时来获得较高精度的偏振角度，成为本领域亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于fpga的偏振光偏振角度的提取系统，以较小的成本和计算量以及较短的耗时来获得较高精度的偏振角度。
2、本专利技术为实现专利技术目的采用如下技术方案：
3、本专利技术基于fpga的偏振光偏振角度的提取系统，其特点是系统包括放大电路、模数转换模块(adc)、现场可编程门阵列(fpga)和数模转换模块(dac)；
4、所述放大电路用于将输入的模拟信号放大至接近adc的满幅度，其中输入的模拟信号包含以f1、f2为基频的多谐波信号，即包含频率为f1和f2、2f1和2f2、3f1和3f2、......、2nf1和2nf2的信号与其他干扰信号，其中n为大于等于1的正整数；
5、所述adc用于将放大后的、输入的模拟信号转换为数字信号；
6、所述fpga包括参数收发模块、参考信号产生模块、正交相敏检波模块和角度计算模块；
7、所述参考信号产生模块用于产生与基频f1和f2的2n倍频率、相互正交、单位幅值的正弦信号和余弦信号，其中n为大于等于1的正整数；
8、所述正交相敏检波模块包含混频单元、低通滤波单元及幅值计算单元，所述混频单元用于将所述数字信号分别与所述正弦信号和余弦信号进行乘积运算，所述低通滤波单元用于将所述混频单元乘积运算后信号中的高频分量滤除，所述幅值计算单元用于对经所述低通滤波单元滤波后的信号进行解调运算，既可以得到所述数字信号中频率分别为2nf1、2nf2这一组信号的幅值，也可以得到2f1和2f2、4f1和4f2、......、2nf1和2nf2等n组信号的幅值；
9、所述角度计算模块用于对所述正交相敏检波模块得到的幅值进行反正切计算，获得偏振角度，即对2nf1、2nf2这一组信号的幅值进行反正切计算从而获得偏振角度，也可以对得到的2f1和2f2、4f1和4f2、......、2nf1和2nf2等n组信号的幅值分别进行反正切计算后得到n个偏振角度，进而对所述n个偏振角度求平均值，得到偏振角度；
10、所述参数收发模块用于计算机和fpga之间的通信，即接收来自计算机的指令，对所述fpga进行参数配置，调整所述参考信号产生模块输出的正弦信号和余弦信号，也可将所述角度计算模块得到的偏振角度送达计算机予以显示，实现计算机和所述fpga之间的数据指令传输；
11、所述dac用以将所述角度计算模块得到的角度转换为模拟信号进行实时输出。
12、可选的，所述放大电路为低噪声信号放大器；所述低通滤波单元为无限脉冲响应滤波器。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
14、1.本专利技术充分利用了fpga并行运算的优势，不仅可以提取2nf1和2nf2这一组频率分量的幅值直接计算偏振角度，还可以同时提取2f1和2f2、4f1和4f2、......、2nf1和2nf2等n组频率分量的幅值，进而求平均值计算偏振角度，提高系统的计算精度；
15、2.相较于fft算法提取偏振角度，本专利技术较大程度地节约系统硬件资源、提高系统响应速度；
16、3.本专利技术能够通过计算机实时调节参考信号，提高了系统应用于其他场景的灵活性。
【技术保护点】
1.一种基于FPGA的偏振光偏振角度的提取系统，其特征在于：该系统包括放大电路、模数转换模块(ADC)、现场可编程门阵列(FPGA)和数模转换模块(DAC)；
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的偏振光偏振角度的提取系统，其特征在于，所述放大电路为低噪声信号放大器。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的偏振光偏振角度的提取系统，其特征在于，所述低通滤波单元为无限脉冲响应滤波器。
【技术特征摘要】
1.一种基于fpga的偏振光偏振角度的提取系统，其特征在于：该系统包括放大电路、模数转换模块(adc)、现场可编程门阵列(fpga)和数模转换模块(dac)；
2.根据权利要求1所述的一种基于fp...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬梅，常梓怡，符佳，阮久福，孙可迪，邓瑶瑶，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
全部详细技术资料下载 我是这个专利的主人
