水下發(fā)聲目標(biāo)產(chǎn)生的水下聲場傳播到水-氣界面時,會激勵水面產(chǎn)生微幅的水表面波動。這一水表面的微幅波動攜帶了大量的水下聲源的振動信息,通過檢測這一微幅波來間接的探測水下聲源的發(fā)聲信息是一種可行的方案。本文的研究工作圍繞水表面聲波的光學(xué)干涉探測方法展開,從理論分析其應(yīng)具有的波動形式,再通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激光干涉探測法檢測水下發(fā)聲目標(biāo)的可行性。本文著重研究了光學(xué)外差干涉的PGC（Phase Generated Carrier）解調(diào)方案,并結(jié)合本研究課題進(jìn)行了算法改進(jìn)和創(chuàng)新。建立水下聲源引起水表面聲波的原理模型,理論分析光外差干涉探測水表面波信號形式,并對其頻譜特征進(jìn)行研究。水下聲場引起水表面產(chǎn)生同頻的水表面聲波,水表面聲波振幅與水下聲源頻率、聲源距水面距離呈反比。使用邁克爾遜激光干涉光路獲得干涉信號,結(jié)合三角函數(shù)和貝塞爾函數(shù)將干涉信號展開后分析其頻譜成分及分布。通過理論與仿真可知其頻譜分為低頻段和聲源頻率段,結(jié)合其關(guān)于中心頻率對稱的特點(diǎn)提出了提取中心頻率方法求解水下聲場頻率信息。為了解決由正交信號消隱引起的解調(diào)失真現(xiàn)象,對基于PGC解調(diào)的水下聲源探測方案進(jìn)行了改進(jìn)。在參考光路中引入高頻水表面... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

水下聲源引起水表面波模型

圖 2-2 垂直入射下水表面對激光的散射作用的邁克爾遜激光干涉光路結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，邁示。激光器發(fā)出兩路光束分別經(jīng)參考光路、為：r r 0 0 rm m 0 0 m2sin( )2sin( )E A t LE A t L 激光器分光鏡參考光路反射鏡測0 0 r r rE A Lm m mE A LI (t )

圖 2-4 干涉信號頻譜 水下聲源仿真信號如圖 2-4 所示，這一結(jié)果與上述式（2-17）帶 nωi的占據(jù)低頻帶，在中心頻率附近存在 ωs±nωi的頻譜帶分布，在二倍頻 2kHz 存在幅值更低的 2ωs±nωi頻率分量，更分微弱已經(jīng)不足以體現(xiàn)出來，這些結(jié)果與理論分析符合。實(shí)際的水表面來說，水面存在的擾動是一系列的低頻波動相疊然滿足以上關(guān)系，不同的是低頻帶的譜線更加密集且更加復(fù)雜在參考臂增加了高頻載波的情況，其頻譜無非就是增了載波的，與單個水下聲源的零差干涉結(jié)果沒有本質(zhì)差別。因此上述的合實(shí)際水面擾動情況下的外差干涉信號。從以上的頻譜分析來下聲源信號，如果其頻譜中高頻分量能夠與低頻帶相區(qū)分，可析的方法直接提取出水下聲源的頻率信息。但對于較為低頻的水表面自然擾動產(chǎn)生的低頻帶相混疊，此時不再能夠從頻譜當(dāng)這也是引入 PGC 的相位解調(diào)技術(shù)的原因之一。涉信號頻譜帶寬的貝塞爾函數(shù)解釋

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]相位解調(diào)實(shí)現(xiàn)低頻水表面聲波振幅探測[J]. 張曉琳,毛紅杰,李凱,唐文彥.  紅外與激光工程. 2019(05)
[2]干涉測量低頻水下聲源頻率的改進(jìn)算法[J]. 張曉琳,毛紅杰,唐文彥.  光學(xué)精密工程. 2018(11)
[3]基于改進(jìn)相位生成載波解調(diào)的水表面聲波激光相干探測[J]. 張烈山,張曉琳,劉剛,李開琴,唐文彥.  中國激光. 2017(09)
[4]Detection of water surface capillary wave by analysis of turning-point local signal data using a laser interferometer[J]. 張烈山,張曉琳,唐文彥.  Chinese Optics Letters. 2017(07)
[5]基于Hilbert變換的水下多源聲信號頻率的相干探測[J]. 張曉琳,李開琴,劉剛,張烈山,唐文彥.  光子學(xué)報. 2017(07)
[6]利用正交偏振切換抗偏振衰落和抑制偏振噪聲[J]. 胡正良,蔣鵬,馬麗娜,胡永明.  中國激光. 2016(09)
[7]基于激光衍射法的水下低頻聲源的深度探測[J]. 蘇曉明,任耀,陳華,苗潤才.  陜西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(05)
[8]基于微納光纖全光相位調(diào)制器的PGC解調(diào)系統(tǒng)[J]. 于洋,張學(xué)亮,孫世林,宋章啟,孟洲.  中國激光. 2016(07)
[9]Amplitude measurement of weak sinusoidal water surface acoustic wave using laser interferometer[J]. 張烈山,張曉琳,唐文彥.  Chinese Optics Letters. 2015(09)
[10]基于小波脊的水表面聲波激光干涉探測[J]. 張烈山,張曉琳,唐文彥,鄒斌.  光電子·激光. 2015(01)



本文編號：3313727