基于FPGA的外差信號處理方法

　　外差信號處理原理

　　在雙頻激光外差干涉儀中，光學(xué)系統的改善很成熟，要想提高測量精度，對外差信號的處理成為了關(guān)鍵。從本質(zhì)上講，外差信號的處理方法分為頻率解調和相位解調，頻率解調法是將干涉儀測量鏡運動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移轉化為對應于運動(dòng)位移的加減系列脈沖，由可逆計數器計數得到測量結果，典型的是鎖相倍頻計數，以電子倍頻、混頻及計數電路為基礎，對外差信號的多普勒頻差進(jìn)行“放大”計數。在倍頻電路中，應根據鎖相環(huán)的鎖定范圍合理設計倍頻系數，若超出將造成失鎖。同時(shí)由于倍頻后信號的頻率很高，對電子技術(shù)、電子器件的要求較高，后期電路設計難度增大。

　　相位解調法，當外差干涉儀的測量鏡移動(dòng)時(shí)，測量光束空間光程發(fā)生變化從而引起外差干涉信號的相位變化，利用相位檢測測出相位變化，即可獲得被測量的大小，本質(zhì)就是對測量信號與參考信號比相。狹義的相位法也可稱(chēng)小數測量法，模擬信號采用AD采樣等方法，數字信號中較基礎且典型的是填脈沖法，以參考信號為基準，基于過(guò)零檢測原理，對測量信號進(jìn)行填脈沖，對所填脈沖個(gè)數進(jìn)行計數，獲得測量結果，測量范圍局限于一個(gè)周期。廣義的相位法即小數測量結合整周期計數，整周期計數可采用計數器進(jìn)行計數，計數模式有兩種大數對減和先對減后計數，外差信號的計數方法有兩種，一種是先計數后對減，即先對參考信號和測量信號分別計數，然后將計數結果對減得到測量結果，即大數對減;另一種先對減后計數，即先分別將參考信號和測量信號對頂后形成加減計數脈沖，然后由可逆計數器計數得到測量結果。在本設計中，采用先計數后對減，在原來(lái)基礎上做了一定的改善。

　　在設計中，測量信號與參考信號均為數字信號，小數測量基于過(guò)零檢測原理，采用填脈沖。具體原理如圖1所示。