激光探测水下声信号的实验研究

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。     

基于Morlet小波的水下声信号频率识别

为准确获取水下目标的发声频率,建立了激光干涉法探测水下声信号的实验系统。提出一种基于Morlet小波的水声信号处理方法,将Morlet小波母函数的频率取定值,改变尺度因子,利用两者比值与水下声信号频率的关系分析小波系数模值,实时获取水下声信号的频率信息。实验结果表明:小波系数图可以反映出水下目标在某一时刻的发声频率,实验系统能够实时探测出1～15kHz的水下声信号。     

水下声信号光电探测技术的实验研究

为了实现水下声信号的遥感探测,针对水下声信号光电探测技术的强度调制理论,提出了光线分析理论模型,并进行了初步的理论分析和实验验证,取得了频率为65Hz和100Hz的水下声信号的探测数据,验证了水下声信号光电探测技术的强度调制理论.实验结果表明,在空气中利用激光,在水中利用声波,通过这两种信号载体来探测水下声信号技术是可行的,这一结果对于水下声信号光电探测技术的研究具有一定的参考价值.     

利用激光探测水下声信号的研究

对激光探测水下声信号可行性进行了研究.水下声信号造成的水表面微扰导致了反射的激光光通量的变化,探测器接收到的光通量的变化频率与水下声信号的频率相同,并给出了探测器位置与接收光通量的关系.     

激光空中探测水下目标的新方法研究

为了实现在空中利用激光技术对水下目标进行探测的目的,基于迈克尔逊干涉仪的基本原理,提出了一种从水面散射激光中获取水下声源信息的新方法。设计并实现了一套空中探测水下声信号的实验装置。实验结果表明：频谱分析图中的峰值频率即为水下声源的发声频率,系统能够实时探测发声频率在1 kHz～14 kHz的水下声源,且测量标准偏差小于7 Hz。该方法为航空遥感水下目标提供了一条新的技术途径。     

基于改进相位生成载波解调的水表面声波激光相干探测

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。     

基于改进PGC解调的水表面声波激光相干探测

针对低频水表面声波的频率识别问题,本文提出了一种基于改进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水表面声波,再利用4路载波信号对其混频,通过功率比较遴选出两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水表面声波的频率测定。仿真和实验研究表明改进PGC法能够有效防止载波信号初始相位不可控条件下正交信号消隐的问题并准确实现低频水表面声波的频率识别,频率探测下限可达30Hz,对变频水表面声波及大尺度扰动波干扰条件下的低频水表面声波也取得了很好的检测效果。本文的研究表明改进PGC方法能够准确实现水表面声波的频率识别,并具有很强的抗干扰能力。     

水下声信号激光探测技术研究

水下声信号激光探测技术采用了激光接收技术。它在空气中利用光波，而在水中利用声波，把两种最佳的信道和物理场结合了起来，是遥感探测水下声信号的一种比较理想的方法。水下声信号在水空气界面会引起表面波动而对打在水表面处的激光束进行幅度调制。利用直接光强检测方法可以检测受水下声信号调制的激光信号。本文在理论分析的基础上通过试验验证了激光探测水下声信号技术的可行性，同时对水下声信号光电探测存在的问题进行了探讨并提出了相应的解决途径。     

激光声水下目标探测器的设计

针对一种水下目标的声探测方法设计了激光声水下目标探测器。对激光声信号产生机理进行研究,并开展了水下探测器发射声信号检测的实验。结果表明:强脉冲激光聚焦于液体介质可以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,发现探测器发射信号具有窄波束指向性、高距离分辨力和远探测距离等特点,可以满足水下目标探测的应用需求。     

水下目标的激光双波段探测技术

研究了一种采用蓝绿波段激光、红外波段激光相结合的水下双波段激光探测技术,分析了红外波段激光击穿水辐射声波应用于水下探测的基本模式、探测特点及声信号的激发机理,实验研究了激光声信号的强度、波形、频谱等特性.实验结果表明,双波段激光复合探测模式可将空中光信道、水中声信道结合起来,具有强大的技术优势;激光声信号应用于水下探测,具有优良的脉冲特性及频谱特征.研究结果有助于推动激光在海洋中的探测应用.     

水下声信号激光相干探测的仿真与实验

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.     

激光多普勒振动计用于水下声光通信

介绍了激光多普勒振动计(LDV)用于水下声光通信的应用背景,阐述了激光多普勒振动计的工作原理和两种相干检测方式。采用零差的相干探测方式,设计并实现了一套光纤结构的激光多普勒振动计。为了证明系统能够应用于水下声光通信,进行了对水下声源发出的声波频率和强度的探测实验。通过对实验数据的分析得出:第一,系统能够检测出水下声源发出的声波频率,对7kHz附近的10个声波频率的测量标准偏差小于8Hz;第二,系统探测信号强度与水下声源发声的声压级成指数关系,对于水下目标通信所用的3.5kHz和7kHz声波频段的最小探测能力分别达到146.2dB和150.8dB声压级。     

一种水下激光声通信声源的设计方法

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。     

基于P-NOMA的上行水声通信网络容量分析

在通信距离不尽相同节点的最优适用频段可能会部分重叠的背景下,针对水声系统频率资源利用率低的问题,提出了一种基于部分非正交多址接入(Partial Non-orthogonal Multiple Access, P-NOMA)技术的上行链路水声通信方法。该方法中各P-NOMA节点在非重叠频段内采用正交多址接入技术传输信息,在重叠频段内利用最大或受限的发送功率同时同频发送信息给目的节点,目的节点采用串行干扰消除方法提取重叠频段内的各P-NOMA节点信息。根据功率谱密度与容量之间的关系,分析了P-NOMA节点在注水算法和功率均匀分布下的可达容量,以及信干噪比限制对最小发射功率的影响。仿真结果验证了基于P-NOMA技术的水声上行通信网络在系统容量方面具有的优势。     

基于Chebyshev混沌序列的正交宽带调制解调方法

针对常规的相干解调和非相干解调在水声信道通信中可靠性差的问题,文中提出了一种基于Chebyshev混沌序列的正交宽带调制解调方法。该方法基于海洋水声信道环境与传播特点,采用统计特性接近环境噪声且具有尖锐自相关、宽带特性的Chebyshev混沌序列作为信息载体和同步信号,并利用欧氏距离分类器对接收信号进行非相干分类判决解调。该方法可有效抑制水声信道因多途传播而引起的频率选择性衰落和码间干扰,从而更好地实现低信噪比条件下可靠水声通信。仿真实验证明,在-10 dB以上信噪比环境下,文中所提通信方法在具有多途效应的水声信道上具有良好的通信性能。