为了提高激光干涉测量法的抗干扰能力，提出幅度调制激光干涉测量法。使用可调谐半导体激光器的高频调谐特性对激光信号进行幅度调制，通过水表面反射光与参考光的干涉来获取水下声场的信息，采用锁相放大解调制法实现激光干涉水下声信号的准确反演。对幅度调制激光干涉水下声信号特征进行模拟，搭建基于光纤耦合式的激光干涉水声测试系统，采用10 kHz的调制频率驱动中心波长为1405 nm的尾纤输出可调谐半导体激光器，并对水下声信号进行测量。结果表明，所提方法能够有效提取水下不同频率和不同强度声信号的振动特征，在频率为2 Hz的脉冲噪音的干扰条件下，相较于传统激光干涉测量法，所提方法测量的信噪比提高了10 dB以上，增强了水声测量的抗干扰能力。

针对低频水表面声波(WSAW)的频率识别问题, 提出了一种基于改进相位生成载波(PGC)解调的激光相干探测方法。利用简单的激光干涉系统探测水下声源激发的低频WSAW, 再利用4路载波信号对其进行混频, 通过功率比较遴选出2路功率最大的正交干涉信号, 然后进行相位解调和频谱分析, 实现了WSAW的频率测定。仿真和实验研究表明, 改进的PGC解调法能够有效防止载波信号初始相位不可控条件下的正交信号消隐并准确实现低频WSAW的频率识别(频率探测下限可达30 Hz), 对变频WSAW及大尺度扰动波干扰条件下的低频WSAW也取得了很好的检测效果。该研究结果表明改进的PGC解调方法能够准确实现WSAW的频率识别, 并具有很强的抗干扰能力。

建立波长1 550 nm的全光纤激光相干探测系统,系统采用全光纤设计,光路简单且稳定性高.数值仿真与实验结果表明,采用激光相干探测和时-频分析,可有效地提取水下不同频率、不同强度和不同深度的振动特征.该系统可实时探测出40~10 000 Hz的水下声信号,且测量标准偏差小于几个赫兹.因此,激光相干雷达用于水下目标的探测与识别具有实时性,该技术可为水下目标的特征提取和识别提供新的途径.

建立了一个简单可行的光学系统用于探测低频水下声信号。水下声信号产生的低频声波通过水介质传到液体表面产生表面波,激光束入射到液面时,在光屏上观察到了清晰、稳定的衍射图样,发现在低频水下声信号的调制下衍射光场的分布具有明显的不对称性。实验中得到了衍射图样光斑光强与位置的分布,理论分析发现,结果与实验所观察到的现象是很吻合的。结果表明,在低频水下声信号调制下衍射光场的分布是非对称分布的。

在实验室条件下, 对于不同频率、不同振动强度的水下声音信号展开激光相干探测研究, 建立了基于该方法的实验系统。水表面在水下声音信号作用下产生波动时, 用激光照射水表面, 其产生的水表面散射光携带了声波信息并与参考光发生干涉, 对干涉信号进行采集并处理可得到水下声信号的频率与强度信息。对不同条件下得到的实验结果进行对比分析。实验结果表明, 激光相干探测技术可有效地探测水下声信号, 并且随着声信号的频率提高、强度减弱, 探测效果趋于变差。实验系统采用全光纤光路设计, 取得了较好的效果。

设计了一套光纤光路探测水下声场的实验系统, 对水下振动进行相干探测。实验结果和特征提取分析表明该系统可对水下振源在水表面激起的横向微波的频率进行实时、准确的监测; 频谱分析和时-频域联合分析结果显示该系统能够实时探测10 Hz到20 kHz的水下声信号。