發(fā)布時(shí)間：2017-09-25 10:40

  本文關(guān)鍵詞：皮米分辨力激光外差干涉測(cè)量中信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：下一代微電子制造、精密計(jì)量以及物理前沿探索等領(lǐng)域?qū)⒁筇峁﹣喖{米甚至皮米量級(jí)超精密位移測(cè)量技術(shù)設(shè)備作為基礎(chǔ)支撐和關(guān)鍵手段。經(jīng)典的外差激光干涉測(cè)量技術(shù)設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于超精密測(cè)量相關(guān)領(lǐng)域,但其位移分辨力一般難以突破0.1 nm,因此亞納米至皮米級(jí)外差干涉信號(hào)細(xì)分處理技術(shù)特別是動(dòng)態(tài)細(xì)分處理技術(shù)已成為新一代激光干涉測(cè)量技術(shù)研究的核心內(nèi)容之一。目前限制外差干涉測(cè)量信號(hào)處理性能的因素主要集中在了兩個(gè)方面,一方面是為如何設(shè)計(jì)兼顧高速高精度信號(hào)采集需求的高速外差信號(hào)采集與處理平臺(tái),另一方面是在平臺(tái)資源有限的條件下如何設(shè)計(jì)更加精簡(jiǎn)高效的雙鎖相正交放大式相位測(cè)量算法。針對(duì)上述問(wèn)題,本文將研究高速外差信號(hào)采集與處理平臺(tái)和雙正交鎖相放大測(cè)相資源優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。建立了雙鎖相放大式相位測(cè)量的整體誤差模型。在闡述現(xiàn)有誤差分析模型的基礎(chǔ)上,特別補(bǔ)充分析了AD采樣量化、數(shù)字運(yùn)算、FIR數(shù)字濾波器以及Cordic算法等環(huán)節(jié)的有效字長(zhǎng)效應(yīng)引入的相位測(cè)量誤差,并討論了遏制有限字長(zhǎng)效應(yīng)相關(guān)誤差所需的字長(zhǎng)設(shè)計(jì)特征;最終建立了位移測(cè)量分辨力與輸入信號(hào)實(shí)際有效位數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系并進(jìn)行了數(shù)值仿真分析,為后續(xù)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)�？杉骖櫢咚俑呔刃盘�(hào)采集特征的高速外差信號(hào)采集與處理平臺(tái)設(shè)計(jì)方法研究。針對(duì)外差信號(hào)高速、高精度、采集與處理需求,從原理實(shí)現(xiàn)、模塊功能等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì):模擬電路設(shè)計(jì)以決定最終性能的噪聲分析為主線,通過(guò)各模擬部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的綜合考慮,特別重點(diǎn)分析并優(yōu)化了模擬電路中的信號(hào)功能器件和平臺(tái)地層/電源噪聲;數(shù)字電路重點(diǎn)考慮數(shù)字LVDS信號(hào)線和信號(hào)鏈的設(shè)計(jì)。在分析相位測(cè)量算法過(guò)程的基礎(chǔ)上,研究了雙正交鎖相放大測(cè)相算法資源優(yōu)化技術(shù)�，F(xiàn)有算法模型在FPGA中實(shí)現(xiàn)時(shí)需要占用過(guò)多的乘法器等資源、導(dǎo)致需占用更多的FPGA邏輯空間并降低運(yùn)算速度。為此,本文將現(xiàn)有經(jīng)典數(shù)字相敏算法中的“輸入信號(hào)×檢波信號(hào)?乘法結(jié)果?數(shù)字濾波器(在線乘法)”流程結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)為“輸入信號(hào)×檢波信號(hào)與數(shù)字濾波器離線積卷值”流程結(jié)構(gòu),可將相位測(cè)量算法中對(duì)硬件乘法器等關(guān)鍵資源的需求降低1/3以上。在上述信號(hào)采集與處理平臺(tái)設(shè)計(jì)方法和相位測(cè)量算法資源優(yōu)化技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了外差干涉信號(hào)細(xì)分測(cè)量系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)等效測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,本設(shè)計(jì)的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)差為4.8pm,動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)差為18 pm@1.5 m/s,可滿足10 pm級(jí)的動(dòng)/靜態(tài)位移測(cè)量需求。
【關(guān)鍵詞】：外差干涉 皮米量級(jí) 高速信號(hào)采集與處理平臺(tái) 算法資源優(yōu)化技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN247;TN911.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究的背景和意義10-11
• 1.2 外差干涉信號(hào)相位測(cè)量方法研究現(xiàn)狀與分析11-14
• 1.2.1 基于脈沖邊沿觸發(fā)的相位測(cè)量方法11-12
• 1.2.2 基于幅度/時(shí)間分辨的相位測(cè)量方法12-14
• 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第2章 雙正交鎖相放大式相位測(cè)量誤差模型研究16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 雙正交鎖相放大算法的原理分析16-17
• 2.3 雙正交鎖相放大算法誤差模型建立17-24
• 2.3.1 有限字長(zhǎng)效應(yīng)對(duì)算法誤差影響的分析17-21
• 2.3.2 相位測(cè)量綜合誤差模型建立21-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 第3章 高速外差信號(hào)采集與處理平臺(tái)設(shè)計(jì)26-52
• 3.1 引言26
• 3.2 信號(hào)采集與處理平臺(tái)的電路設(shè)計(jì)26-42
• 3.2.1 前置信號(hào)處理單元設(shè)計(jì)27-35
• 3.2.2 高速高分辨力模數(shù)轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)35-41
• 3.2.3 后置數(shù)字電路單元設(shè)計(jì)41-42
• 3.3 信號(hào)采集與處理平臺(tái)電源/信號(hào)完整性設(shè)計(jì)42-51
• 3.3.1 信號(hào)采集與處理平臺(tái)電源完整性設(shè)計(jì)42-51
• 3.3.2 信號(hào)采集與處理平臺(tái)信號(hào)完整性設(shè)計(jì)51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 雙正交鎖相放大測(cè)相算法資源優(yōu)化技術(shù)研究52-58
• 4.1 引言52
• 4.2 現(xiàn)有雙正交鎖相放大算法邏輯資源配置分析52-54
• 4.3 雙正交鎖相放大測(cè)相算法資源優(yōu)化設(shè)計(jì)54-57
• 4.3.1 相位測(cè)量模型資源優(yōu)化技術(shù)54-56
• 4.3.2 現(xiàn)有模型與資源優(yōu)化算法邏輯資源配置對(duì)比56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證58-72
• 5.1 引言58
• 5.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及搭建58
• 5.3 采集與處理平臺(tái)信號(hào)采集性能實(shí)驗(yàn)58-68
• 5.3.1 直流信號(hào)采集性能實(shí)驗(yàn)59-61
• 5.3.2 交流信號(hào)采集性能實(shí)驗(yàn)61-68
• 5.4 外差信號(hào)處理系統(tǒng)的靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)68-70
• 5.4.1 高帶寬靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)68-69
• 5.4.2 窄帶寬靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)69-70
• 5.5 外差信號(hào)處理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.5.1 高速動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)70
• 5.5.2 低速動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.6 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 附錄77-80
• 致謝80

【相似文獻(xiàn)】

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