[發明專利]一種基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法

有效

• 申請號: 202010725920.5
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111856489B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 魯振中;陳夢霞;石鵬宇;孫艷玲;廖家麗;董騫
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58;G01S7/48;G01S7/495
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發明公開了一種基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，包括：構建氣泡尾流探測系統；在氣泡尾流模擬區產生預設頻率的聲源信號，根據預設頻率的聲源信號確定氣泡在氣泡尾流模擬區內的運動速度；向水中發射連續單色光，將連續單色光分為兩束平行相干光并聚焦射入氣泡尾流模擬區，依據激光多普勒效應及氣泡在氣泡尾流模擬區內的運動速度得到差動多普勒頻率；接收氣泡尾流模擬區內動多普勒頻率對應氣泡散射后的散射光，并將散射光轉換為電信號；接收電信號并對電信號進行頻譜分析。本發明方法利用聲波信號增強水下氣泡的運動特性從而增強后向散射多普勒頻移特征，同時利用差動多普勒探測原理探測尾流氣泡多普勒頻移信號，提高了水下探測目標的精度。

技術領域

本發明屬于激光尾流探測技術領域，具體涉及一種基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法。

背景技術

艦船在航行過程中由于螺旋槳產生的空化現象，海面波浪的反卷、破碎以及從吃水線部分卷入的大量空氣，在艦船的尾部形成一條含有大量氣泡的氣幕帶，通常稱為氣泡尾流，尾流的幾何特性與其產生的艦船的幾何尺度、航行速度、海面風速等因素密切相關。而氣泡尾流的熱學性質、形態性質、電磁性質、聲學性質以及水動力學性質都會發生一定改變，由于這些性質的改變出現了相應的聲尾流探測、紅外熱尾流探測、氣體分析儀尾流探測、電磁尾流探測和光尾流探測等新的探測方法。因紅外探測、氣體分析儀尾流探測、電磁尾流探測等方法存在眾多因素的限制，面對海洋復雜的探測環境，無法廣泛應用，而聲尾流探測由于其獨特的優勢發展最為成熟。其中，光尾流探測技術具有體積小、精度高、隱蔽性好等諸多優點，已經成為水中運動目標探測研究的熱點。

在聲尾流探測中，依據工作方式分為主動聲探測和被動聲探測。主動聲探測是主動發射聲波“照射”目標，而后接收目標反射的回波時間，以及回波參數以測定目標的參數。但是主動聲探測自身需發射聲波信號，發射的聲波信號易被發現即隱蔽性差限制了其發展。被動聲探測是通過接收目標產生的輻射噪聲和水聲設備發射的信號，對接收到的聲信號進行處理計算來得到目標的相關信息。輻射噪聲和水聲設備發射的信號經遠海水傳播后衰減的十分微弱使得被動聲探測信噪比低，為提高信噪比需更多的信號處理措施導致裝置復雜且龐大，因此不能滿足水下動態目標探測和水下武器制導的要求。光學探測，是通過檢測激光在目標尾跡中傳輸時光學特性的變化來實現對動態目標的探測與跟蹤。光學探測因為激光波長小、速度高、方向性好而具有靈敏度高、抗干擾能力強，探測距離比聲學探測距離遠等特點而備受關注。光學探測依據激光源和探測器的相對位置可以分為前向探測和后向探測。其中，前向探測方法在進行檢測時，激光源和探測器位于待檢測目標尾跡的兩側，雖然易于實現，但應用時探測裝置必須行進在目標尾跡中，實用性較差；后向探測方法的激光源和探測器位于待檢測目標尾跡的同一側，與現有的探測體制相符，但實現起來有一定的難度，是目前尾流探測研究的重點。而根據檢測光參量的不同，已經提出的光學探測可以分為激光強度探測和激光偏振探測。激光強度探測，包括激光散射強度探測、激光散射空間頻譜探測、激光光斑探測；激光偏振探測則是利用激光在尾流區域傳播，尾流對激光的退偏振作用實現尾流的光學探測。激光強度探測是研究的重點，而激光偏振探測常常與強度探測結合使用，以提高探測精度。

但是，由于水中氣泡、雜質等對光波有強烈的吸收和散射，不管是激光強度探測，還是激光偏振探測，激光散射強度的波動較大，因此利用散射光強變化探測目標的方法探測精度較差，尚不能實用化，而利用光的散射空間頻譜探測目標又會出現當目標尾跡中存在較少氣泡的情況下，光散射空間頻譜較小難以檢測的問題，導致不能準確探測水下動態目標的氣泡尾流。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法。

本發明的一個實施例提供了一種基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，該基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法包括以下步驟：

步驟1、構建氣泡尾流探測系統，所述氣泡尾流探測系統包括尾流氣泡模擬裝置、聲波發生裝置、激光發射裝置、氣泡尾流探測裝置和信號采集分析裝置；