基于数字零中频的激光多普勒语音解调技术研究

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激光语音信息获取对维护国家安全和社会稳定具有重要的意义,传统的基于正反射的激光语音获取技术存在灵敏度低,对准困难和应用场景单一的问题,基于漫反射的激光干涉语音获取技术,具有较高的解调灵敏度,应用场景广泛,但是在实际的应用中仍然存在作用距离受限、语音可懂度低的问题。针对此问题,本文开展了基于数字零中频方法的激光多普勒语音解调技术研究。  本论文针对常见的纸质、金属和塑料等三种不同材质的目标物,在声音强度60 dB,频带[300 Hz,2000 Hz]的条件下,进行了声致振动的幅度测量,确定了其振幅在纳米量级;以此作为参考指标,分析总结了传统的基于零差和外差的微振动位移探测方案中各种解调方式用于语音解调时存在的问题,基于此,提出了基于数字零中频算法的解调方案,并对数字零中频解调算法进行了建模仿真,仿真结果表明:该算法理论上可以实现[0.04 nm,1000 nm]范围内位移的准确解调,验证了该方法用于激光多普勒语音解调的可行性。  研究了实现数字零中频解调算法的关键技术,并进行了性能验证。搭建了数字零中频解调算法的硬件实现平台,在FPGA中实现了基于组合逻辑的正交化技术和位移unwrap技术,采用射频信号源产生载波调相信号进行了解调验证,实验结果表明:数字零中频解调算法实现了[0.22 nm,775 nm]范围内位移的准确解调,满足激光语音多普勒语音获取对纳米量级振动位移的解调需求。  研制了AGC模拟信号调理模块,搭建了基于数字零中频解调算法的激光多普勒语音获取系统,从振动位移探测和语音信息获取两个方面进行了性能验证。振动位移测试结果表明:系统可以实现[5 nm,1000 nm]范围内位移的准确解调。语音信息获取测试结果表明:在60 dB声音强度,426 m作用距离的条件下,实现了语音信号的解调,采用平均意见得分法(MOS)对语音质量进行了评价,针对纸巾盒,金属茶叶盒和塑料瓶,评分依次为:4.50,4.17,4.33,得到了清晰的语音信号。
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