基于costas光学锁相环的性能分析

光学锁相环是相干光通信系统的核心组成部分,可以有效地实现本振对信号光的相位跟踪和锁定,从而大大提高系统的接收灵敏度。本文基于二进制相移键控(BPSK)调制的科斯塔斯(costas)光学锁相环原理,通过软件仿真和计算得到了二阶环路下,带宽与自然频率的最佳关系以及维持系统稳定性的最优环路带宽,并在此基础上得到了相干系统各种参数的关系。

锁相环与锁频环在数字Costas环中的应用

基于锁相环和锁频环的模型,研究了由两者构成的数字Costas环结构和性能。首先介绍了传统的数字Costas环模型,接着给出了鉴相器、二阶环路滤波器和三阶环路滤波器的结构,在此基础上分析了基于锁频环的数字Costas模型,实现了扩大Costas环的跟踪范围和提高跟踪精度的目的,最后给出了仿真结果,分析了两种环路单独和相结合后的应用和特点。

基于FPGA的数字Costas锁相环路的设计

介绍了应用EDA技术设计嵌入式全数字Costas锁相环路的方法.建立了连续域环路线性模型,给出环路方程,并利用连续域和离散的变换关系,即L aplace变换和Z变换的关系,由连续域环路的线性相位模型推导出了离散域环路的线性相位模型,由此来讨论二阶Costas环路在离散域实现方法,讨论了离散域中环路滤波器的传递函数及实现,讨论了DCO的离散设计方法及实现,并采用从逻辑电路的顶层到底层以及模块化的设计思想,用VHDL 编程语言,通过逻辑综合和仿真,可编程逻辑器件FPGA予以实现.

基于声光调制器的光学锁相环He-Ne激光稳频方法研究

报道了一种基于声光调制器与光学锁相环相结合的高稳定度激光稳频方法,用于提高热稳频He-Ne激光器的频率稳定度和准确度。为了克服全内腔热稳频He-Ne激光精密调谐困难的缺点,发展了基于声光调制器两次移频的频率调谐光路,有效地消除声光调制器移频光束路径对衍射角θ的依赖。自行研制了具有高灵敏度与捕获带宽的光学锁相环系统,利用声光调制器的高频率响应特性实现热稳频He-Ne激光高速、准确的锁定。成功实现了热稳频He-Ne激光器偏频锁定至碘稳频HeNe激光器。实验结果表明,环路锁定后拍频频率波动在±0.2 Hz范围内,频率抖动的标准差为0.04。偏置频率为30 MHz时,系统在1 s和1000 s积分时间的相对阿伦方差分别为3.3×10^(-9)和1.4×10^(-12)。系统锁定后,压缩后的拍频线宽小于2 kHz。该研究表明,采用基于声光调制器与光学锁相环相结合的激光稳频方法可以实现亚赫兹级的激光频差控制,通过将热稳频He-Ne激光器偏频锁定至高稳定度的参考激光源可以显著提升其频率稳定度和准确度。

数字Costas锁相环的设计与仿真

接收机本地载波跟踪与恢复是基于软件无线电原理进行数字信号相干解调的前提，本文从Costas锁相环原理出发，提出了数字域实现载波跟踪与恢复的设计方法，给出了详细的设计，并根据理论分析进行了系统仿真。

数字Costas锁相环的改进及应用

介绍了Costas锁相环的基本原理,然后提出了一种适合电视信号色度副载波恢复的改进数字Costas锁相环的基本原理,并且详细介绍了其积分清零器、相位检测器、数字环路滤波器、NCO等各个基本部件的设计,最后在Matlab上给出了该算法的仿真结果并且做了分析。

基于System Generator的Costas锁相环设计实现

介绍了一种基于Xilinx公司FPGA开发工具System Generator进行全数字Costas锁相环的设计仿真方法。通过对Costas锁相环原理的分析,从离散域变换阐述了环路参数的计算及电路设计,基于对CORDIC算法设计DDS的讨论,利用FPGA实现了设计,最后全面分析了环路性能。

基于FPGA的全数字Costas锁相环的设计仿真

文章主要是对Xilinx公司FPGA开发工具System Generator进行了介绍,并且对全数字Costas锁相环的设计进行了相应的设计。在介绍的过程中,首先对Costas环的工作原理进行了阐述,利用离散域变换对CORDIC算法对DDS进行设计和实现,同时,对Costas数字环路滤波器进行设计,最后利用FPGA实现了设计,并且将其进行了全面分析。

基于光学电流互感器的低频高精度锁相环

针对低频区信号锁相所面临的精度低、稳定性差等缺点,提出了一种提高锁相精度的方法。以光学电流互感器测试系统为研究对象,设计了以CD4046为核心的锁相环电路,并对影响锁相精度的原因进行了研究。于被测信号进入锁相环之前,采用运放形成2次过零比较,克服了专用快速比较器产生自激振荡的同时,缩短了入锁信号的上升沿时间;设计了用于滤除工频噪声的二阶有源带通滤波器;将锁相环路中压控振荡器的固有中心频率进行了参数优化,使得2个输入的固有频差在理论上最小。结果表明,引入该锁相方法后的锁相精度由0.3%周期提高到0.03%周期(1°变为6′),并且锁相的稳定性和抗干扰性等其他性能指标都有了显著提高。

基于科斯塔斯锁相环的光学零差相干接收技术

零差相干光通信能够实现极高的通信速率和接近量子极限的灵敏度,是新一代空间通信领域极具潜力的通信体制。以窄线宽激光器作为本振源,结合90°光学混频技术和科斯塔斯光学锁相环技术,实现了信号光的零差相干接收。试验结果表明,信号光和本振光经过90°光学混频后I、Q两路信号相位差保持90°,科斯塔斯光学锁相环可以长时间实现信号光和本振光之间的相位锁定,接收速率为2Gbps的二进制相移键控(BPSK)信号,试验结果表明,该接收机能够很好地实现基带信号解调。

基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法研究

报道了一种基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法,用于提高可调谐外腔半导体激光器(TECDL)的频率稳定度和准确度。自行研制的光学锁相环电路采用数字鉴相与差分运算相结合的方式获得高灵敏度的鉴频鉴相误差信号,并通过高速模拟PID实现整个系统的闭环锁定。利用该光学锁相环系统进行了TECDL偏频锁定至光学频率梳(OFC)的实验,实验结果表明环路锁定后拍频频率波动在±0.3 Hz范围内,偏置频率为50 MHz时,光学锁相环系统在1 s和1000 s积分时间的相对阿伦方差分别为1.5×10^(-9)和8.5×10^(-13)。系统锁定后,拍频线宽由500 kHz压缩至2 kHz。该研究表明采用基于光学锁相环的激光稳频方法可以实现亚Hz级的激光频差控制,通过将TECDL偏频锁定至高稳定度的参考激光源可显著提高其频率稳定度,使其能够满足超精密测量、冷原子/离子干涉测量等领域对激光频率稳定度和准确度的要求。

拉曼激光光学锁相环参数设计及仿真

光学锁相环(Optical Phase-locked Loop,OPLL)技术是实现激光相位相干的有效方法。鉴于环路滤波器参数直接影响光学锁相环系统的整体性能,提出了一种二阶无源环路滤波器参数的优化方法。首先,根据相角裕度定义及系统开环传递函数的数学模型,推导出环路滤波器参数设计的公式,并设计了一种基于MATLAB的参数优化算法。然后,为精确地设计拉曼激光光学锁相环参数,设计了消多普勒饱和吸收谱实验,并对激光器的压电陶瓷端口反馈增益参数进行测量。在锁相环闭环控制系统性能仿真中,得到了单位阶跃响应的超调量为6.53%,调节时间为0.584μs。最后,对拉曼激光光学锁相环各个模块进行Simulink建模并仿真,仿真结果表明锁相环能够实现对拉曼光相位锁定且锁定时间为2μs,因此,验证了锁相环参数设计方法的正确性。在工程应用中,为光学锁相环的参数设计提供了重要参考价值。

光学锁相环的研究进展

光学锁相环(OPLL)根据其锁定的两束激光间是否存在频差可分为零差光学锁相环和外差光学锁相环。主要介绍了外差光学锁相环的研究进展,它是一种通过鉴频鉴相方式使激光间的频率差保持相对稳定的偏频锁定方法。相较于其他激光偏频锁定方法,光学锁相环具有结构简单、伺服频率带宽大、频率偏置范围宽、锁定准确度高等优势,在原子相干、冷原子系统、相干功率合成以及外差干涉测量等领域都得到了越来越广泛的应用。首先介绍了激光偏频锁定的主要方法及光学锁相环的特点;其次介绍了光学锁相环的基本模型,分析了光学锁相环的误差反馈过程,并按照光学锁相环实现方法的不同详细介绍了其采用的关键技术和研究进展,对近年来光学锁相环在不同领域的应用进展做了简要介绍;最后对该方法的发展路线进行了总结和展望。

用于原子干涉仪的光学锁相环系统

相干激光的性能对原子干涉仪的测量精度有着重要影响。本文介绍了一种制备相干激光的外差式光学锁相环系统,实现了两台外腔半导体激光器频率和相位的同步,锁相后的激光拍频线宽低于1 Hz,10 MHz积分带宽内的残余相位噪音为0.002 rad2,频偏1~100 kHz范围内的相位噪音达到-100 dBc/Hz。并研究了闭环相位噪音对原子干涉仪的影响,在自由演化时间为200 ms、拉曼π脉冲时间为30μs、单次循环时间为1 s条件下,锁相后相位噪音对重力测量灵敏度的贡献为10μGal/(Hz)^(1/2),完全满足高精度原子干涉仪的使用需求。

基于实时数据采集和识别的平衡光学锁相环研究

文章设计一种基于实时数据采集和识别的光学平衡锁相环,该锁相环使用高速数据采集卡,配合高速数字频率解调处理单元,代替传统锁相环中的滤波器,对相位和频率误差信号进行采集和识别,数据采集卡采集相位和频率误差电压信号,高速数字频率解调处理单元通过控制软件从采集的数据中解调频率,并利用数字PID反馈控制本振激光器。此种信号解调方式降低了系统时域噪声和各次谐波对误差信号的影响。对两个窄线宽光纤激光器的锁定实验表明,环路维持锁定状态超过2 h,激光器频率稳定度达到10^(-11),相比自由运行激光器提高了3个量级,在环路处于稳定锁定状态的396 s内,两激光器拍频频率平均波动小于20 kHz。

改进的数字Costas环设计与实现

为解决传统Costas环在多路载波提取中占用资源量大以及在数字下变频中消耗现场可编程门阵列资源过多的问题,提出一种采用逻辑控制模块代替直接数字合成器模块的方法,设计并实现数字Costas环路。该方法适用于阵列雷达信号等多路载波信号处理,能够实现环路载波的快速提取,节约25%的硬件资源。

数字Costas环的设计与实现

针对扩频系统的载波同步,研究了数字Costas环的设计和实现方法。介绍了数字Costas环的结构、实现载波同步的基本方法。以二阶环为例,分析了数字锁相环的环路滤波器的参数设计方法,为数字Costas环的设计提供了参考。提出了在高速信号处理板(以FPGA和DSP为基础)中数字Costas环的实现方案,经工程验证,能够实现载波同步,解调出所需信号。

基于锁相环的摆动扫描控制系统模型分析

基于PLL的往复摆动控制方法具有实现电路简单、可靠性高等优点,广泛应用于星载光机扫描型遥感器系统中。然而由于PLL鉴相单元和附加片簧的作用使扫描控制系统呈现复杂的非线性切换特性,难于进行控制回路的分析与设计。文章针对某星载光学遥感器PLL摆动扫描控制系统,详细分析了系统中存在的各种非线性特性,并应用小偏差线性化方法,建立了可供分析与设计的线性化模型,简化了扫描锁相回路设计的难度,在此基础上给出了锁相回路增益的设计准则,并通过仿真验证了模型分析结果的有效性,从而为此类基于PLL的摆动扫描控制系统奠定了理论分析基础和控制器设计依据。

直接序列扩频系统中数字Costas环的设计与实现

主要针对直接序列扩频系统(DSSSS)的载波同步,研究了数字Costas环的设计和实现方法。介绍了数字Costas环的结构和其提取载波频率和相位、实现载波同步的基本原理。以典型的二阶连续系统的离散数字化方法为基础,分析了线性数字锁相环(DPLL)的参数设计方法,为非线性的数字Costas环的设计提供了参考。提出了一种在高速数字信号处理器(DSP)中数字Costas环的软件实现方案;经过试验验证,能够实现载波同步,并且应用更加简单、灵活,性能更加稳定。

基于正交解调芯片TDA8040T的Costas环设计

介绍了一种基于正交解调芯片TDA8040T的Costas环的模拟电路设计方法,对调试过程中出现的一些问题进行了分析说明,提出了解决方案,并给出了在载波为70MHz条件下的实验,结果表明,由正交解调芯片TDA8040T构成的Costas环具有很好的特性,可用于适宜频率的二相或四相相移键控(BPSK或QPSK)的解调电路。