291_4535161_第08章光学信号的调制.ppt
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1、课程主要内容四大部分:,理论基础,光电信号变换与处理,光辐射源光电探测器,光电系统分析设计,光电信号变换与处理,例:激光脉冲测距,主波,回 波,距离:D=0.5 c t,光学信号变换,光电信号变换,光电信号变换与处理,例:激光脉冲测距,测量时间t,电学信号变换,光学信号变换,光电信号变换与处理,光电信号变换,电学信号变换,光学信号变换 举例,场镜、浸没透镜等光学系统会聚目标辐射能量,红外导引头 探测系统,光学信号变换 举例,光强度调制,,光纤通信系统,光学信号变换 举例,光机扫描扩大视场,光谱滤波消除背景辐射干扰,色散光栅实现光谱的空间分离,光强度调制,,光电系统中光学信号变换有着重要的意义,
2、其变换方法也很多。本章重点讲述光信号的强度、频率、相位和偏振等参数的调制。,场镜、光锥等光学系统会聚目标辐射能量,第08章 光学信号的调制,8.2 光信号调制的基本原理,8.3 光信号调制的基本方法,8.4 调制信号的解调,8.1 光信号调制的概述,8.1 光信号调制的概述,光波是信息的载体,通常称为光载波。,1.载波的特征参数?,2.调制:一次调制和二次调制,3.二次调制的意义,8.1 光信号调制的概述,1.光载波的特征参数,人眼和探测器起作用的是光波的电场强度,振幅,频率,相位,特征参数:光强、振幅、频率、相位、偏振方向、传播方向,,光的强度(辐通量),光强是使用最为广泛的特征参数,2.调
3、制:一次调制和二次调制,8.1 光信号调制的概述,光学调制是指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。,特征参数:光强、振幅、频率、相位、偏振方向、传播方向,,一次调制,二次调制,广义的光学调制,例1.卫星遥感农作物产量,地面植物反射太阳光的光谱,生长状况信息,8.1 光信号调制的概述,2.调制:一次调制和二次调制,将信息直接加载到光载波上的调制,称为一次调制,例2 光纤通信系统,将声音、图像信息加载到光波上,8.1 光信号调制的概述,2.调制:一次调制和二次调制,人为地按确定的规律变换载波信号,称为二次调制,脉冲调制将信息加载到光波上?,8.1 光信号调制的概述,2.调制:一次调制和二次调制
4、,人为地按确定的规律变换载波信号,称为二次调制,例3:激光脉冲测距,主波,回波,8.1 光信号调制的概述,例4:利用调制光测量液体浓度,液体浓度(信息)对光强参数的调制 一次调制,调制盘(确定时间规律)对光强参数的调制为 二次调制,2.调制:一次调制和二次调制,8.1 光信号调制的概述,二次调制的意义?,声音、图像加载信息,抑制干扰改善品质,8.1 光信号调制的概述 小结,光波是信息的载体,通常称为光载波。光学调制是指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。,将信息直接加载到光载波上的调制,称为一次调制,人为地按确定的规律变换载波信号,称为二次调制,光电系统中常用的调制大多是二次调制,光的强度
5、(辐通量),光强是使用最为广泛的调制参数,第08章 光学信号的调制,8.2 光信号调制的基本原理,8.3 光信号调制的基本方法,8.4 调制信号的解调,8.1 光信号调制的概述,8.2 光信号调制的基本原理,8.2.1 模拟调制,8.2.2 脉冲调制,8.2.3 编码调制,以光信号的强度(辐通量)调制为例讨论,适用于光波的振幅、相位和频率等参数的调制,8.2.1模拟调制,振幅调制(AM),频率调制(FM),相位调制(PM),8.2 光信号调制的基本原理,又称为连续波调制,8.2 光信号调制的基本原理,1.振幅调制(AM),载 波,调制波,调幅波,8.2.1模拟调制,1.振幅调制(AM),载波,
6、信息,振幅调制:载波的包络变化信息,例.利用调制光测量液体的浓度,载波,信息,思考:如果溶液的浓度逐步加大,调制波形?,1.振幅调制(AM),载波,信息,1.振幅调制(AM),8.2.1模拟调制,讨论:调制指数m 对调幅波形的影响,讨论:调制指数m 对调幅波形的影响,讨论:调制指数m 对调幅波形的影响,载波,信息,振幅,1.振幅调制(AM),8.2.1模拟调制,讨论:调制指数m 对调幅波形的影响,动态波形,载波,信息,振幅,1.振幅调制(AM),8.2.1模拟调制,1.振幅调制(AM),8.2.1模拟调制,调幅波频谱,信息“频率”,载波“频率”,信号变换频率搬移,调幅波频谱:,单一频率调制信号
7、,调幅波频谱:,多个频率调制信号,1.振幅调制(AM),8.2.1模拟调制,调幅波带宽 B=2F,信号变换频率搬移,振幅调制应用实例,8.2.1.模拟调制,振幅调制应用实例,8.2.1模拟调制,2.频率调制(FM),载波,信息,频率调制:载波的频率变化信息,8.2.1模拟调制,2.频率调制(FM),8.2.1模拟调制,-频率调制指数,mf 1 宽带调频mf 1窄带调频,2.频率调制(FM),8.2.1模拟调制,-频率调制指数,mf 1 宽带调频mf 1窄带调频,讨论:调制指数m 对调频波形的影响,讨论:调制指数m 对调频波形的影响,讨论:调制指数m 对调频波形的影响,2.频率调制(FM),8.
8、2.1模拟调制,-频率调制指数,mf 1 宽带调频mf 1窄带调频,讨论:调制指数m 对调频波形的影响,2.频率调制(FM),8.2.1模拟调制,-频率调制指数,mf 1 宽带调频mf 1窄带调频,例:FM立体声广播,载波:94.6MHz、98.5MHz,音频:20kHz,2.频率调制(FM),8.2.1模拟调制,mf 1窄带调频,调频信号波形,调频信号频谱,调频波带宽B=2(f+F)=2(mf+1)F,2.频率调制(FM),8.2.1模拟调制,例:利用V/F(电压/频率)变换器产生调频光信号,U0载波频率,Ui调制频率,电压/频率变换器工作示意图,8.2.1模拟调制,调频光信号产生实例,8.
9、2.1模拟调制,8.2.2 脉冲调制,8.2 光信号调制的基本原理,原始脉冲波形,脉冲幅度调制,脉冲频率调制,脉冲宽度调制,应用:激光测距、目标跟踪与识别等,8.2.3 编 码 调 制,抽 样,量 化,编 码,把模拟信号先变成脉冲序列,再变成代表信号信息的二进制编码,然后对载波进行强度调制。,模拟量,4,8,,脉冲量,数字信号,8.2 光信号调制的基本原理,第8章 光学信号的调制,8.2 光信号调制的基本原理,8.3 光信号调制的基本方法,8.4 调制信号的解调,8.1 光信号调制的概述,8.3 光信号调制的基本方法,可调参数:光强、振幅、频率、相位、偏振方向、传播方向,,8.3.2 光信号相
10、位的调制,8.3.1 光信号强度的调制,8.3.3 光信号频率的调制,8.3.4 光信号偏振的调制,8.3.1 光信号强度的调制,可实现强度调制典型的方法,2.机电调制,3.光电子调制,1.辐射源调制,8.3 光信号调制的基本方法,1.辐射源调制,1)半导体激光器调制,-改变输入电流来实现光强度的调制,2发光二极管调制,调制频率40GHz,调制频率100MHz,中短距离光电测距光通信,,8.3.1 光信号强度的调制,1.辐射源调制,1)半导体激光器调制,调制频率40GHz,8.3.1 光信号强度的调制,1.辐射源调制,2)发光二极管调制,调制频率100MHz,8.3.1 光信号强度的调制,2.
11、机电调制,1)调制盘调制,2)光栅莫尔条纹调制,8.3.1 光信号强度的调制,1)调制盘调制,光电扫描式调幅,旋转调频,调相式,脉冲调宽,调制盘是一种典型的光强度调制器,2.机电调制,应用:红外被动制导系统、红外跟踪系统 激光波束制导,,1)调制盘调制,2.机电调制,最基本的作用:恒定的辐通量周期性辐通量,a 用调制盘抑制背景噪声,b 用调制盘进行空间滤波,c 用调制盘确定目标方位,a.用调制盘抑制背景噪声,有源带通 滤波器,1)调制盘调制,b.用调制盘进行空间滤波,目标辐射背景辐射,目标辐射背景辐射,调制盘,利用目标和背景相对于系统的张角不同,调制盘可以抑制背景以突出目标,从而把目标从背景中
12、分离出来空间滤波,1)调制盘调制,空间滤波分析:,初升太阳 调制盘,小张角目标 调制图,大张角背景 调制图,b.用调制盘进行空间滤波,1)调制盘调制,调制盘小结:,调制盘是一种光强度调制器,恒定辐射通量周期性辐射通量,(1)静止目标像交流信号,抑制噪声 和光源波动的影响;(2)进行空间滤波,抑制背景噪声;,1)调制盘调制,2)光栅调制,光栅是具有周期性空间结构或光学性能(如透射率、反射率等)的光学元件。,2.机电调制,计量光栅(空间周期P),衍射光栅(空间周期P),光栅莫尔条纹,典型的计量光栅,结构:,2)光栅调制,小夹角,主光栅-定光栅,指示光栅-动光栅,光栅莫尔条纹,典型的计量光栅,结构:
13、,2)光栅调制,t,光栅莫尔条纹,原理:,光通量明暗交替变化,两光栅移动,莫尔条纹移动,光栅位移信息光强信号,2)光栅调制,光栅莫尔条纹,原理:,光栅位移信息光强信号,2)光栅调制,t,用计量光栅实现光通量幅度调制:,莫尔条纹图案,光栅每移动一个栅距P,条纹就跟着移动一个条纹宽度B。,xNP,2)光栅调制,应用举例:光栅线位移传感器,测量范围:100mm-3000mm 分 辨 率:10、5、1、0.5、0.1 m,2)光栅调制,主光栅-定光栅,指示光栅-动光栅,刻线密度-测量精度(10、25、50、100、125线/mm),8.3 光信号调制的基本方法,可调参数:光强、振幅、频率、相位、偏振方
14、向、传播方向,,8.3.2 光信号相位的调制,8.3.1 光信号强度的调制,8.3.3 光信号频率的调制,8.3.4 光信号偏振的调制,8.3.1 光信号强度的调制,可实现强度调制典型的方法,2.机电调制,3.光电子调制,1.辐射源调制,8.3 光信号调制的基本方法,3.光电子调制,1)电光调制,2)声光调制,3)磁光调制,0 基本概念,8.3.1 光信号强度的调制,0 基本概念(复习光学内容),是指某些晶体在电场作用下具有的双折射效应,其双折射效应的大小与电场强度有关。,(1)电光效应,3.光电子调制,0 基本概念(复习光学内容),是指某些晶体在电场作用下具有的双折射效应,其双折射效应的大小
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