[實(shí)用新型]相干激光遙感探測(cè)水下聲信號(hào)的裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720071687.3
• 申請(qǐng)日: 2007-06-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201083836Y
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀巖;陳衛(wèi)標(biāo);尚建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01S17/88
• 分類號(hào): G01S17/88;G01S17/36
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及激光遙感，特別是一種相干激光遙感探測(cè)水下聲信號(hào)的裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、非接觸地探測(cè)水下聲信號(hào)，可以用作水下儀器對(duì)水上平臺(tái)的無(wú)線、無(wú)中繼設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信的接收端。

背景技術(shù)

由于水氣的特性阻抗不同，大部分水下聲波在界面處被反射，穿透到水面上的聲波損耗非常大，為了探測(cè)水下聲信號(hào)，必須將接收換能器浸入水中，再將探測(cè)到的聲信號(hào)以電纜或無(wú)線電方式傳送給水上平臺(tái)，這種存在濕端中繼的探測(cè)方式限制了水上平臺(tái)探測(cè)水下聲信號(hào)的機(jī)動(dòng)性。

為了克服這一難題，當(dāng)前采用一種激光遙感探測(cè)水下聲信號(hào)的方法——非相干激光遙感探測(cè)水下聲信號(hào)方法^[1，2]。請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)：1.桑國(guó)明，田作喜，何錦林，崔桂華，激光竊聽(tīng)技術(shù)在水聲信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用研究，艦船電子工程，1999年第6期和2.伊厚會(huì)，孫金祚，利用激光探測(cè)水下聲場(chǎng)的理論研究，煙臺(tái)大學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.16No.4Oct.2003。

該方法的原理如圖1所示，激光器01將激光以固定角度入射水表面03，水下發(fā)聲器04發(fā)出的聲信號(hào)導(dǎo)致的水表面波動(dòng)會(huì)對(duì)激光反射光進(jìn)行方位調(diào)制。對(duì)于固定位置的激光接收探測(cè)器02而言，反射光的方位變化就會(huì)形成探測(cè)器面上激光的強(qiáng)度調(diào)制，從而將聲波的調(diào)制信息傳遞到激光接收探測(cè)器02上，這樣，利用激光的強(qiáng)度調(diào)制信息可以探測(cè)水下聲信號(hào)。

該方法是測(cè)量激光受水表面的幅度調(diào)制，光源采用普通激光器即可，實(shí)現(xiàn)難度較低。但是，該方法存在以下缺點(diǎn)：

(1)探測(cè)靈敏度與激光入射角的余弦值cos(θ)成正比，當(dāng)激光入射角很小時(shí)，探測(cè)靈敏度大大降低。而對(duì)于遠(yuǎn)距離探測(cè)水下聲信號(hào)，難以實(shí)現(xiàn)大角度測(cè)量，因此，該方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的探測(cè)。

(2)發(fā)射和接收機(jī)的角度必須嚴(yán)格匹配，光路調(diào)節(jié)難度大。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就是要彌補(bǔ)上述現(xiàn)有的非相干激光遙感探測(cè)水下聲信號(hào)方法的不足，提供一種相干激光遙感探測(cè)水下聲信號(hào)的裝置，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)水下聲信號(hào)，而且該裝置應(yīng)具有探測(cè)靈敏度高、測(cè)量距離遠(yuǎn)、光路靈活、結(jié)構(gòu)可靠、調(diào)節(jié)容易的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：

一種相干激光遙感探測(cè)水下聲信號(hào)的裝置，包括激光器、光分束器、光移頻器、光環(huán)形器、望遠(yuǎn)鏡、光合束器、光電探測(cè)器、電外差解調(diào)器、外差信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器，其位置關(guān)系是：激光器發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)光分束器分為探測(cè)光和參考光，探測(cè)光進(jìn)入光移頻器；電外差解調(diào)器輸出外差電信號(hào)，經(jīng)過(guò)外差信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)光移頻器，使通過(guò)光移頻器的探測(cè)光產(chǎn)生和外差信號(hào)相同頻率的頻移；移頻后的探測(cè)光進(jìn)入光環(huán)形器的第一端口，從第二端口輸出，再經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡發(fā)射到待測(cè)水面；水面的反射光再由該望遠(yuǎn)鏡接收，從光環(huán)形器的第二端口進(jìn)入光環(huán)形器，從第三端口輸出，反射光與參考光在光合束器中合束，由光電探測(cè)器探測(cè)相干光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電外差解調(diào)器解調(diào)出水下聲信號(hào)的波形。

所述的激光器為單頻光纖激光器。

所述的光移頻器為聲光移頻器。

所述的光分束器和光合束器均為光纖結(jié)構(gòu)。

所述的光電探測(cè)器為PIN光電二極管。

所述的各光學(xué)器件均采用光纖接口，之間的光路均由單模光纖構(gòu)成，望遠(yuǎn)鏡的孔徑和焦距比值大于單模光纖數(shù)值孔徑的2倍。

激光器發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)光分束器分為探測(cè)光和參考光，因?yàn)樘綔y(cè)光發(fā)射和接收都要經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡的耦合損失和目標(biāo)的反射損失，會(huì)有較大的衰減，因此，分出的探測(cè)光應(yīng)大于參考光。

探測(cè)光進(jìn)入光移頻器，電外差解調(diào)器輸出外差電信號(hào)，經(jīng)過(guò)外差信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)光移頻器，使得通過(guò)光移頻器的探測(cè)光產(chǎn)生和外差信號(hào)相同頻率的頻移，外差信號(hào)的頻率大小應(yīng)參考所測(cè)量水下聲信號(hào)引起的水面振動(dòng)速度，確保振動(dòng)速度引起的光頻移小于外差信號(hào)的頻率。

移頻后的探測(cè)光進(jìn)入光環(huán)形器的第一端口，從第二端口輸出，再經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡發(fā)射到水面；水下儀器發(fā)出的聲波使水表面形成受迫振動(dòng)，振動(dòng)頻率和幅度分別和水下聲波的頻率和強(qiáng)度一致，水面振動(dòng)導(dǎo)致探測(cè)光在水面的反射光產(chǎn)生多普勒頻移，頻移量Δf₀和水面振動(dòng)速度V有如下關(guān)系：

Δf=2V·cosθλ]]>