1 青岛海洋科学与技术试点国家实验室, 山东 青岛 266200
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
结合实测的激光致声信号时频域特性,提出了一种基于频域能量检测器的新型水下脉冲激光声信号检测方法,并分析了不同频率激光声信号的衰减特性。针对远距离条件下高频信号衰减严重的问题,在频域能量检测器的前端添加了预补偿滤波器。蒙特卡罗仿真结果表明,带预补偿滤波器的频域能量检测器可以有效提高远距离下激光声信号的检测性能。
激光声 信号检测 频域能量检测 水声通信
海军工程大学 电子工程学院, 湖北 武汉 430033
为了了解激光声在液体中的传输特性, 理论分析了激光声的传输特性, 并采用高速照相机、光纤MEMS水听器对激光声进行了实验研究, 利用小波变换对采集的不同位置上的激光声信号各级频谱特性进行了分析。结果表明: 激光声属于一种脉动球源, 激光声信号传输过程中幅度与距离成反比关系; 激光声的分析频带内存在明显的优势频率, 峰值频率稳定在3.1 kHz, 带宽稳定在3 kHz; 低频信号的能量占总能量的70%以上, 高频部分主要是噪声; 从功率谱波形分析看, 低频信号的强度幅值随时间、距离变化衰减较慢, 而高频噪声随时间、距离变换衰减较快。
激光声 传输特性 液体 小波 laser-induced acoustic transmission properties liquid wavelet 红外与激光工程
2017, 46(4): 0406006
1 桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004
2 桂林航天工业学院电子工程系，广西 桂林 541004
3 海军工程大学电子工程学院，湖北 武汉 430033
构建了激光声实验测量系统，利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号，由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。分析了激光声信号的时频域数学模型，通过实验对单个激光声信号的时频域特征进行了研究，对激光声通信的信号调制方式进行了理论分析和实验验证。研究结果表明：激光声信号的脉宽约为20 μs，其能量主要集中在200 kHz内，这其中100~200 kHz内的能量占到的比例大约有50%，通过对激光声信号进行幅度调制和频率调制，可以有效实现激光声通信过程。
激光声信号 光击穿 频谱 声信号 laser-induced acoustic signal optical breakdown spectrum acoustic signal
桂林电子科技大学 信息与通信学院,广西 桂林 541004
针对开放式海洋环境通信特点,分析海气信道下行传输激光致声机理,提出基频可调激光跳频水下声通信方法,探讨激光跳频信号帧结构与信号传输特征。通过前导码间隔识别激光重频变化规律,研究水下传输的噪声信号与致声信号的频谱特性及分离方法,构建实验测量系统。实验结果表明,选择合适的下行光路光学结构可获得不同的致声能量效率。采用基频可调的ASK编码激光跳频通信能保证通信信息传输的安全性。在空海开放信道及弱信号环境下可满足数字信息的有效传送,为海洋通信提供新的技术途径。
激光声 基频可调 水声通信 激光跳频 laser acoustic effect tunable fundamental frequency acoustic communication laser frequency hopping
海军工程大学电子工程学院, 湖北 武汉 430033
分析了激光声信号的理论模型。建立了研究不同水深条件下激光声特性的实验平台。研究结果表明：当水体深度在0~100 m范围内逐渐增加时，激光声信号的两个相邻主峰时间间距越来越小；激光等离子体声波的峰值声压逐渐减小；空泡首次溃灭声波的峰值声压在0~20 m范围内逐渐增加，在20~100 m范围内逐渐减小；空泡溃灭声波峰值个数减少。
激光光学 空化噪声 光致击穿 激光声 中国激光
2013, 40(11): 1102002
构建了激光声实验测量系统，利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号，由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。分析了激光声信号的时频域数学模型，实验研究了激光声信号的频域能量分布，以及激光器重复频率和激光声信号频谱特性的关系。结果表明: 激光声信号能量主要集中在200 kHz内，其中100~200 kHz内的能量所占比例约50%。激光声信号的幅频响应极大值点可以受到激光器重复频率的控制。
激光技术 激光声 光击穿 频谱特性 声信号 laser technology laser-induced acoustic signals optical breakdown spectrum characteristics acoustic signals
单个激光声脉冲具有脉宽窄、频带宽的特点, 不适于远距离水声通信。为了改善激光声通信声源的频谱特性, 提高通信性能, 采用对激光声进行调制的方法, 建立了调制激光声码元的数学模型, 基于该模型, 提出一种调制激光声源的设计方法, 该方法使调制激光声码元频谱的能量集中体现在调制特征的频率上, 降低了信号的频谱宽度, 更利于激光声信号在水声信道中远距离传播; 推导了在热膨胀机制和光击穿机制下调制激光声码元的调制参量, 利用实验获得的热膨胀和光击穿激光声脉冲, 仿真了该方法下的调制激光声码元, 并分析其频谱特征。结果表明, 该声源调制方法是正确和有效的。
激光技术 激光声通信 调制声源 激光声码元 laser technique laser-acoustic communication modulated sound source laser-acoustic code element
建立了激光声实验测量系统, 利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号。由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器, 计算出声信号能量。对不同激光能量、激光聚焦位置和水体盐度下的光声能量转换效率进行了理论和实验研究。研究结果表明：随着激光能量的提高, 能量转换效率逐渐减小; 激光垂直水面入射时, 随着激光聚焦深度的增加, 能量转换效率会出现一次阶跃式变大, 随后逐渐降低; 等离子体对激光能量的吸收越充分, 能量转换效率越高; 水体盐度的变化对能量转换效率影响很小。
激光技术 激光声 光击穿 光声能量转换效率 声信号 laser technology laser-induced acoustic signals optical breakdown laser acoustic energy conversion efficiency acoustic signals
利用高速摄像机拍摄了同步双脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光空泡的运动过程。分析了该条件下产生的四种典型激光声信号特性，初步计算了光声能量转换效率。研究结果表明：通过调节脉冲激光的能量差，可以控制激光声信号峰值间隔，提高激光声信号脉宽；两空泡之间无量纲距离为1.5时，溃灭过程中出现融合现象，融合过程中空泡热力学能转化为机械能，融合后形成的单个空泡能量变大，其溃灭产生的激光声信号主频降低；同步双脉冲激光聚焦击穿情况下的光声能量转换效率为6%~10%。
激光声信号 光击穿 激光空泡 同步双脉冲激光 laserinduced acoustic signals optical breakdown laserinduced bubbles synchronous doublepulse lasers
海军工程大学 电子工程学院 光电研究所， 武汉 430033
基于激光水下爆炸的声探测技术,设计了激光声水下目标探测器。对激光水下爆炸声源的产生机理进行研究,并开展水下探测器发射声信号检测的实验。实验结果表明: 强脉冲激光聚焦于水介质产生爆炸性球面声源,探测器内部的声反射面将球面声信号转变为高指向性的平面波信号。通过对探测器的发射信号和接收的目标回波信号进行数值计算，得到探测器发射信号具有波束指向性窄、距离分辨力高和探测距离远等特点，满足水下目标探测的应用需求。
激光声 水下爆炸 探测器 距离分辨力 laser-induced sound underwater explosion detector range resolution 强激光与粒子束
2012, 24(12): 2822
