南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏 南京 210094
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。
测量 激光干涉 水下声信号 光纤光路 调制解调 频谱分析 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0912006
1 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 上海航天技术研究院, 上海 200240
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。
光通信 激光干涉 频率识别 相位载波 水表面波 水下声信号
1 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院, 哈尔滨 150001
2 中国电子科技集团公司第十研究所, 成都 610036
3 上海卫星工程研究所, 上海 200240
为实现水下中低频声信号的探测识别, 通过研究水下多声源相干探测信号的特征, 理论上给出了相干探测信号频谱混叠情况下的特征表达式, 并提出了一种基于Hilbert变换的信号解调处理方法, 实现了水下多声源相干探测信号频谱混叠情况下各声源发声频率的解调.该方法将探测信号经过滤波平滑处理之后进行Hilbert变换, 得到信号的解析形式, 然后对解析信号模值的平方进行二次滤波平滑等处理, 分离混叠在一起的频带, 将得到的信号进行频谱分析, 根据频移值计算得到水下各个声源的发声频率.在光学暗室下搭建激光相干探测系统, 对2~6 kHz的水下声信号进行实验, 实验结果表明, 该方法可以有效分离探测信号中混叠在一起的信号频带, 并准确提取各水下声信号的发声频率, 频率提取重复性不大于2.5Hz.
水下声信号 频谱分析 激光干涉 信号解调 Hilbert变换 声光效应 声波传播 Underwater acoustics Spectrum analysis Laser interferometry Signal demodulation Hilbert transform Acoustooptical effects Acoustic wave propagation
1 烟台大学 光电信息学院,山东 烟台 264005
2 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
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.
激光 水下声信号 相干探测 特征提取 laser underwater acoustic signal coherent detection feature extraction
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。
低频水下声信号 液体表面 衍射图样 非对称分布 low-frequency underwater acoustic signal liquid surface diffraction pattern asymmetric distribution
烟台大学光电信息科学技术学院, 山东 烟台 264005
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。
水下声信号 激光干涉 频率探测 光纤光路 underwater acoustic signal laser interference frequency detection fiber optical path
1 威海北洋电气集团股份有限公司, 山东 威海 264209
2 烟台大学 光电信息学院, 山东 烟台 264005
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。
相干光学 高频信号探测 时-频分析 水下声信号 coherence optics high frequency signals detection time-frequency analysis underwater acoustic signal
海军工程大学电子工程学院光电研究所, 湖北 武汉 430033
水下航行体辐射的声波传播到水-空气分界面上时,会在水表面形成微扰,使水表面元产生微倾角。提出一种利用激光偏振特性对水下声信号进行探测的方法,不直接利用散射光强信息,而是利用激光在布儒斯特角附近入射水表面时,反射光偏振特性随入射角剧烈变化的特点对水表面微扰进行高精度探测。建立了该方法的理论模型,得到了入射波、出射波垂直分量与平行分量的功率比PA、PR与入射角θi之间的关系。通过分析发现,当光源为自然偏振状态时,该方法无需对PA进行测量就可以通过测量PR而直接计算出水面入射角θi,进而实现对水下声信号的探测。仿真结果表明,该检测方法测量精度高,抗干扰能力强。
文字间用 号隔开空半格水下声信号 激光探测 偏振 布儒斯特角 underwater acoustic signals laser detection polarization Brewster angle
哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院，黑龙江 哈尔滨 150001
为准确测量水下目标的发声频率，在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时，用激光照射水面，携带声波信息的水面散射光与参考光干涉，利用精密光学测量装置探测光程差的改变，通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带，频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明，水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级，系统可以实时探测出4~15 kHz的水下声信号，且测量标准偏差＜7 Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。
激光技术 激光干涉术 水下声信号 频率探测 laser technology laser interferometry underwater acoustic signals frequency detection
1 宜春学院 物理与工程技术学院, 江西 宜春 336000
2 桂林电子科技大学信息与通信学院,广西 桂林 541004
3 桂林电子科技大学信息与通信学院,广西 桂林
4 中国移动通信集团广西有限公司网络信息分公司,广西 南宁 530028
5 宜春职业技术学院机电工程系,江西 宜春 336000
论述了水下声信号激光探测的原理及系统结构。具体设计了光探测器、前置放大电路、高通滤波电路、后级放大电路、低通滤 波电路、50 Hz陷波器电路、串口通信电路、存储器扩展电路以及基于数字信号处理器TMS320LF2407A 设计了控制和运 算电路,并利用虚拟仪器来实现探测信号的实时显示。实验证明,该系统能够较好地完成对水下声信号的探测和数据处理。
激光遥感 水下声信号 TMS320LF2407A DSP探测系统 laser remote detection technology underwater acoustic signals TMS320LF2407A DSP measurement system
