一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置的制作方法

本技术属于光纤传感，具体涉及一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置。

背景技术：

1、光纤水听器是一种用于水下声波探测的光纤传感器。基于高灵敏度的光学相干检测原理，光纤水听器将水声信号转换成干涉光信号，再通过光纤传输至信号处理系统。信号处理系统首先进行光信号的采集，再经光电转换和模数转换后生成数字信号，最终使用数字信号处理手段解调出原始水声信号。

2、相位生成载波(pgc)是一种常用于光纤水听器的解调方法。它可以通过在干涉仪的一臂中引入相位调制器，利用相位调制器产生高频的载波，将该载波与干涉光信号进行混频，再通过低通滤波器将上述信号的高频载波滤除，最终配合解调算法即可解调出原始的水声信号。该解调方法具有灵敏高，抗干扰能力强等优点，对组成大规模光纤水听器阵列非常有利，可实现传感器全光纤化和信号的远距离传输。

3、由于大规模水听器阵列具有信噪比增益大、探测距离远、定位精度高等优势，大规模阵列已成为光纤水听器重要的发展方向。因此，空分复用、波分复用、时分复用等各种复用技术被应用于大规模光纤水听器的成阵。随之而来的是，干涉光信号的采集方式更为复杂，解调的数据量更大、算法效率要求更高，因此需要更为快速、有效的信号采集与解调装置。

4、公告号为cn 115015894a和cn 115015894a的中国专利提出了基于现场可编程逻辑门阵列(fpga)和数字信号处理器(dsp)的解调装置，但只适用于通信领域，无法实现光纤水听器的信号采集与解调。公告号cn 101604957a的中国专利，提出基于fpga和dsp的pgc解调方法用于光纤水听器阵列，但该专利未涉及具体的信号采集与解调装置，未实现空分、波分、时分等复杂复用模式下的大规模采集与解调。

5、因此，针对大规模光纤水听器阵列，需要一种有效的信号采集与解调装置。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，该方法可以在大规模阵列、多种复用模式下，完成信号的采集与解调。

2、本实用新型的技术解决方案是，提供一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，所述信号采集与解调装置可对多通道的干涉光信号进行同步采集，并分别获取各个通道的数字解调信号，所述信号采集与解调装置包括：i个采集单元，i个解调单元，以及1个汇聚单元；其中，

3、所述的多通道的干涉光信号，是经相位生成载波(pgc)方法调制后的干涉脉冲信号，其具体包含i个空分复用通道，每个空分复用通道包含j个波分复用通道，每个波分复用通道又包含k个时分复用通道，共i×j×k个通道；

4、所述采集单元，用于对1个空分复用通道进行1×j解波分复用，并进行光强衰减和光电转换，输出j个波分复用通道的模拟电信号；

5、所述解调单元，用于对j个波分复用通道的模拟电信号进行模数转换，并分别进行1×k解时分复用，之后进行pgc解调算法处理，输出j×k个通道的数字解调信号；

6、所述汇聚单元，用于接收i个解调单元输出的数字解调信号，并将其按时间先后顺序及通道编号顺序进行重排序，最终输出i×j×k个通道的数字解调信号。

7、作为优选，所述的采集单元，包括1个解波分复用模块，j个光强衰减模块，j个光电转换模块；其中，

8、所述解波分复用模块，用于接收一路空分的干涉光信号，对其进行1×j解波分复用，输出j通道的不同波长的干涉光信号，并分别输出至j个光强衰减模块；

9、所述光强衰减模块，用于调整输入干涉光信号的功率，使其输出的干涉光信号强度匹配光电转换模块，并分别输出至j个光电转换模块；

10、所述的光电转换模块，用于对输入的j通道干涉光信号进行光电转换，并进行放大和滤波等，使其输出的模拟电信号匹配解调单元的模数转换模块。

11、所述的解调单元，包括j个模数转化模块，1个现场可编程逻辑门阵列(fpga)模块，1个数字信号处理器(dsp)模块；其中，

12、所述的模数转化模块，用于对输入的j通道模拟电信号进行模数转换，同步输出j通道的数字电信号至fpga模块；

13、所述的fpga模块，用于对输入的j通道数字电信号进行1×k解时分复用，每个通道均按特定的脉冲时间间隔分为k个时分，从而获得j×k个通道，然后分别进行数字信号处理，再将其通过srio接口或pcie接口传输至dsp模块；

14、所述的dsp模块，用于接收j×k个通道的数字混频信号，然后使用光纤水听器解调算法进行解调，获得j×k通道的数字解调信号，并根据信号到达时间添加时间序号，再将其通过以太网接口传输至汇聚单元。

15、所述的汇聚单元，包括以太网接收模块，重排序模块和以太网发送模块；其中，

16、所述的以太网接收模块，用于通过以太网接收i×j×k个通道的数字解调信号，并保存至重排序模块的数据接收缓存区；

17、所述的重排序模块，用于在数据接收缓存区中提取数据，根据时间序号，按照“第1通道的第1时序点、第2通道的第1时序点…第i×j×k通道的第1时序点，第1通道的第2时序点、第2通道的第2时序点…第i×j×k通道的第2时序点，第1通道的第3时序点、第2通道的第3时序点…第i×j×k通道的第3时序点…”的规则将数据存放至数据发送缓存区；

18、所述的以太网发送模块，用于将重排序模块的数据发送缓存区中的数据通过以太网输出。

19、作为优选，所述信号采集与解调装置的采集单元为4个，解调单元为4个。

20、作为优选，每1个采集单元包括1个解波分复用模块、8个光强衰减模块和8个光电转换模块。

21、作为优选，所述解波分复用模块，采用介质薄膜滤波器；所述光强衰减模块，采用光纤衰减器；所述光电转换模块，采用光电二极管探测器。

22、作为优选，每1个解调单元包括8个模数转化模块、1个fpga模块和1个dsp模块。

23、作为优选，每1个模数转化模块均采用adc芯片，adc芯片数量共有8片。

24、作为优选，每1个汇聚单元包括1个以太网接收模块、1个重排序模块和1个以太网发送模块。

25、所述重排序模块的数据接收缓存区与解调单元的数量一一对应，数据接收缓存区的4个子区，分别存放4个解调单元输出的数据。

26、与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

27、1、针对多种复杂复用模式的需求开展设计，可同时实现含有空分复用、波分复用、时分复用的干涉光信号的采集与解调。

28、2、基于单元化、模块化设计，提升装置扩展性，可根据实际需求实现更大规模的光纤水听器阵列的信号采集与解调。

29、3、通过汇聚单元的缓存机制和重排序机制，有效实现多通道数字解调信号的时序同步。

技术特征：

1.一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：所述信号采集与解调装置包括：i个采集单元、i个解调单元和1个汇聚单元；其中，

2.根据权利要求1所述的一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：所述信号采集与解调装置的采集单元为4个，解调单元为4个。

3.根据权利要求1所述的一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：每1个采集单元包括1个解波分复用模块、8个光强衰减模块和8个光电转换模块。

4.根据权利要求1所述的一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：所述解波分复用模块，采用介质薄膜滤波器。

5.根据权利要求1所述的一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：所述光强衰减模块，采用光纤衰减器。

6.根据权利要求1所述的一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：所述光电转换模块，采用光电二极管探测器。

7.根据权利要求1所述的一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：每1个解调单元包括8个模数转化模块、1个fpga模块和1个dsp模块。

8.根据权利要求7所述的一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：每1个模数转化模块均采用1个adc芯片。

9.根据权利要求1所述的一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，其特征在于：所述汇聚单元包括1个以太网接收模块、1个重排序模块和1个以太网发送模块。

技术总结本技术公开了一种大规模光纤水听器阵列的信号采集与解调装置，该信号采集与解调装置可对多种复用模式、多通道的干涉光信号进行同步采集，并分别获取各通道的数字解调信号，装置包括采集单元、解调单元和汇聚单元，其中采集单元用于对一路空分通道解波分复用，经光电转换后输出模拟电信号；解调单元用于对多路波分通道模数转换，并进行解时分复用和解调算法处理，输出数字解调信号；汇聚单元用于接收各解调单元输出的数字解调信号，并将其重排序，最终输出各通道的数字解调信号。本技术装置可对多种复杂复用模式的干涉光信号进行采集，具有较强的扩展性，可根据实际需求灵活实现大规模阵列的信号采集与解调。技术研发人员：孙焕宇,徐汉锋,乔健,陈哲锋,童志坚,张红,谭永青,宛立君受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一五研究所技术研发日：20231208技术公布日：2024/7/25