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。     

用于水下声光通信的外差式激光多普勒振动计

基于外差激光多普勒原理,设计并实现了一套光纤结构的外差式激光多普勒振动计(LDV).在消声水池,对该系统的探测灵敏度、上行声光通信速率以及水面波浪的影响进行了测试实验.实验结果表明,系统最小探测声压达105.6 dBμPa;在平静水面,无误码情况下,声光通信速率可达5 kbits;在有小波浪的水面,导致部分探测信号丢失,采用扩频调制通信方式,无误码情况下,声光通信速率可达30 bit/s.     

新型声光通信激光多普勒信号的鉴频电路

根据激光多普勒测振技术进行声光通信的工作原理,设计一种新型、小型激光多普勒测振信号鉴频电路。该电路根据外差探测原理,本地振荡器输出信号与探测信号混频得到一路信号,经90°移相后的本地振荡器输出信号再与探测信号混频得到另一路信号,利用这两路信号得到了多普勒频移量和声源振动的频率。利用扬声器激发的水面模拟振源进行实验,表明该电路可有效测量的振动频率范围为300 Hz~10 kHz,证明可用于水下光声通信。     

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。     

一种改进的水下光击穿声辐射计算方法

为了从理论上对光击穿辐射声波进行定量描述,在点源模型的基础上提出了一种改进的水下光击穿声辐射计算方法,利用波动方程和水下爆炸理论求解单点击穿的辐射声波,并推导了多点击穿的辐射声波。从理论上对多点击穿的声压波形、声源级、传播特性和指向性进行了定量计算,并通过实验数据对比进行了验证。结果表明,计算与实验结果是一致的,证明了该方法的正确性和有效性;当激光能量从0.1J增大至0.8J时,声源级从182.4dB增至188.2dB;当激光能量高于0.3J时,声源级变化很小;在垂直等离子柱体的方向上声波辐射最强,在等离子柱体方向辐射最弱,所有方向上声波强度均与距离的平方成反比。     

脉冲CO2激光水下致声声脉冲特性的实验研究

以分析水中的光声信号的特点为目的,采用实验的方法利用压电陶瓷球形水听器、数字存储示波器,对TEACO2脉冲激光在水中激发声波的幅度、频率等特性进行了测量,并用信号分析软件进行分析和处理。结果表明,TEACO2脉冲激光在水中产生的声信号幅度随脉冲能量增加而增大。实验中首次发现,激光声频率在100kHz以内有31kHz和62kHz两个峰值,且该两频率峰值随激光脉冲宽度增加而减小。光声信号的以上特性表明,可以通过调节激光脉冲的能量和宽度,选择或控制应用于水声通信、水下资源探测等技术的光声信号。     

水下声场激光相干探测的实验研究

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。     

激光多普勒技术跨介质探测水声信号的研究

海洋是丰富的资源宝库，对海洋资源的开发和利用尤为重要。水空跨介质探测、通信、水下目标确定等技术一直是相关工作者关注的热点，同时也是技术难题。声波作为一种机械波，是水中良好的传播载体，因此通过提取水下声波信息进行水空跨介质探测及通信不失为一种好方法，但目前仍缺少完整的水下声信号传播模型及试验基础。本文提出一种基于有限元方法的水下声信号产生水面波纹振动的仿真模型，并运用激光多普勒测振技术对水面波纹进行检测，通过试验与仿真两种方式均能在水面以上精准得到水下声波信息。在相同水下声信号参数的条件下，试验与仿真得到的水面波纹振幅大小一致，验证了激光多普勒测振技术用于获取水下声波信息的可行性及所建立仿真模型的正确性，为实现水空跨介质探测及通信的突破提供了试验基础及理论依据。     

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.     

Doppler Effect in the Acoustic Ultra Low Frequency Band for Wireless Underwater Networks

It is well known that communication is affected by the change in frequency of a signal for an observer that is moving relative to the source. As a result of the motion of either the source or the observer, successive waves are emitted from a position that may get closer or further to the observer. This phenomenon, known as Doppler effect, also affects underwater acoustic waves used for communications between Autonomous Underwater Vehicles (AUVs), Underwater Sensors (USs) and remote operators. There have been few studies on the impact of Doppler shift in underwater communications. Assuming underwater communications using acoustic waves, in this paper we study the Doppler effect in relation to the half-power bandwidth and distance in the Ultra Low Frequency (ULF) band (i.e., from 0.3 to 3 kHz). We investigate two specific issues. Firstly, the maximum shift that can be expected on underwater links in the ULF band. Secondly, the maximum frequency drift, and associated patterns, that can happen during the reception of data frames. Numeric simulations are conducted. The analysis is based on scenarios that show the existence of significant Doppler effect. More specifically, we show that Doppler effect, under narrow half-power bandwidth, is significant with respect to the half-power bandwidth in the ULF band, for long distance communications. Furthermore, we show that Doppler effect patterns are not necessarily linear.     

窄线宽低噪声可调谐非平面环形激光器

针对空间相干光通信和探测等应用,对非平面环形激光器的线宽、噪声和调谐特性进行了系统的实验研究。单频输出功率达到752mW,光光效率42%,斜率效率54%。采用延时自外差拍频法测试了激光线宽,其随泵浦功率的增加而增大,输出功率小于200 mW 时,线宽小于1 kHz,在最高输出功率下线宽为2.3 kHz。激光强度噪声主要由弛豫振荡引起,相对强度噪声（RIN）随着泵浦功率的提高而降低。在1.78W 泵浦功率下,RIN 达到-93 dB/Hz。采用温度和压电两种方式进行了激光调谐。温度调谐范围达到62 GHz。压电调谐范围达到130MHz,响应带宽100 kHz。     

DRNN在激光多普勒测振仪测声系统中的应用

为了降低激光多普勒测振仪在测声过程中给语音信号中引入的噪声，采用深度循环神经网络语音信号去噪的方法，对从激光多普勒测声系统采集回来的语音信号做降噪处理，并进行了理论分析和实验验证。结果表明，利用层数为1层~3层、每层神经元个数为1024的深度循环神经网络，对-6dB~6dB信噪比的语音信号进行处理，随着层数的增加，语音信号的质量在多项评价指标上达到8dB~12dB的提升; 深度循环神经网络可以有效对激光多普勒测声系统采集的语音信号进行降噪处理。该研究对提升语音信号的质量有着实际意义。     

一种跨介质的空中-水下激光致声探测技术研究

跨空水介质间的探测技术是世界主要海洋国家的热点研究问题。为研究空中平台与水下的激光致声探测技术,文中在光击穿机制下采用纳秒脉冲激光与水听器之间的光声信号转换来进行空-水跨介质探测模拟实验研究及验证工作。搭建了激光致声空气-水下实验测试系统,采集了激光声扫描探测数据,对典型实验数据在时域内进行分析得出了激光激励声波的传播特性,根据时间互易原理实现了水下激光声信号的三维探测成像。利用有限元法进行激光在水下激发声波及传播的数值仿真,据此对实验进行了验证。此外,从仿真中发现通过提高脉冲能量至2.8×1010 W/cm2所激励的声波在传播400 m后仍能观测出明显的信号,信噪比约为11.3 dB,证明了百米级传输及探测的可能性。此研究结果为采用激光致声技术进行跨空-水介质探测提供了依据。     

零差激光测振系统中含噪多普勒信号处理方法

针对零差激光测振系统中多普勒信号的噪声导致信号正交校正困难、增大测量误差的问题,提出了含噪多普勒信号处理方法。首先利用平滑滤波对两路含噪多普勒信号进行降噪处理,再通过最小二乘法对非正交多普勒信号进行校正,然后采用单位圆校正算法二次校正成正交信号,最后利用微分相除积分操作解调出振动信号。实验结果表明,本文方法能有效解调振...