[發明專利]一種激光水下聲紋光纖探測方法

有效

• 申請號: 201811543015.7
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109632073B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 呂植勇;趙舒悅;崔帥杰;方清平;馬季;王宇;張松松;任芳雨;陳睿
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發明公開了一種激光水下聲紋光纖探測方法，激光發生器發出的激光信號通過分光器分為兩路信號，包括參照激光和探測激光；探測激光照射至水面上，探測激光吸收水面聲納信號后產生反射激光，反射激光依次通過相互連接的偏光片、光纖聚焦鏡頭、功分器后分為多路，多路反射激光分別進入多根光程差光纖中；參照激光通過多個激光光纖耦合器與各路光程差光纖中的反射激光進行耦合，并送入多個光電鑒相器中；通過對耦合信號進行分析，得到聲波的相位信號和振幅，根據多路光纖的相位差，采集一個完整時間段的聲納信號，并通過不同反射激光信號的相位差計算出目標位置，實現聲源定位功能。本發明探測精度高，占用空間小，對運載平臺的機動性沒有影響。

技術領域

本發明涉及水下聲波探測技術領域，尤其涉及一種激光水下聲紋光纖探測方法。

背景技術

目前，水下探測一般采用拖曳聲納，一般長1-2千米，斜向下深入500米左右的水中，以避開溫躍層、鹽躍層的限制。但其基陣、拖纜和收放裝置占用運載平臺的空間大；拖體放人水中工作時，對運載平臺的機動有一定影響。水上探測大多通過分析水表面的信號源來進行水下探測，而水面信號源較多，通過單點信號采集分析采集到的信號雜亂且準確度較低。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種激光水下聲紋光纖探測方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種激光水下聲紋光纖探測方法，該方法通過以下部件實現：激光發射器、分光器、偏光片、光纖聚焦鏡頭、功分器、光程差光纖、激光光纖耦合器和光電鑒相器；其中：

激光發生器的輸出端與分光器相連，激光發生器發出的激光信號通過分光器分為兩路信號，包括參照激光和探測激光；探測激光照射至水面上，探測激光吸收水面聲納信號后產生反射激光，反射激光依次通過相互連接的偏光片、光纖聚焦鏡頭、功分器后分為多路，多路反射激光分別進入多根光程差光纖中；參照激光通過多個激光光纖耦合器與各路光程差光纖中的反射激光進行耦合，并將耦合信號分別送入多個光電鑒相器中；通過對耦合信號進行分析，得到聲波的相位信號和振幅，根據多路光纖的相位差，采集一個完整時間段的聲納信號，并通過不同反射激光信號的相位差計算出目標位置，實現聲源定位功能。

進一步地，本發明的光纖聚焦鏡頭用于進行光學準直，光學準直后的反射激光通過功分器形成多路光程差的光學信號，與參照激光進行耦合，形成光程相位差，再進入光電鑒相器，得到聲波的相位信號和振幅，根據多路光纖的相位差，采集一個完整時間段的聲納信號。

進一步地，本發明的通過旋轉偏光片的方向，得到某一個方向的聲納信號。

進一步地，本發明的通過旋轉偏光片得到不同方向上的聲納信號，通過比對分析，判別某一方向是所需要偵聽的聲納信號。

進一步地，本發明的光纖聚焦鏡頭包括7根聚焦光纖，其中1根聚焦光纖設置在中心位置，其余6根聚焦光纖圍繞設置在中心位置的聚焦光纖的周圍，并且以中心位置的聚焦光纖為對稱中心，其余6根聚焦光纖呈中心對稱排布；同一直線上對稱的3根聚焦光纖分別采集到的聲納信號，其中2個聲納信號用于消除相位差，最終合成為一個完整的同一相位差信號。

進一步地，本發明的該方法還包括進行標定的方法：

在平靜的水面上進行標定，根據水面的高低，實時測量激光發射點與水面的距離γ，以及反射回光纖中的激光的光程差，推算出公式：γ_i＝f(θ_i)，i＝1，2，3...,n，其中θ為光纖的干涉相位，當光纖在不規則波紋中進行測量時，根據測量的θ_i通過標定結果計算出此時γ_i的值；根據此公式推算出光纖光程差，從而得到聲波信號的關系式和測量方法。

進一步地，本發明的該方法中光纖光程差的量程測量方法的測量相位范圍為：0-π；當超過該測量相位范圍時，通過以下兩種方法測量：