利用激光探测水下声信号的研究

对激光探测水下声信号可行性进行了研究.水下声信号造成的水表面微扰导致了反射的激光光通量的变化,探测器接收到的光通量的变化频率与水下声信号的频率相同,并给出了探测器位置与接收光通量的关系.     

水下声信号激光探测技术研究

水下声信号激光探测技术采用了激光接收技术。它在空气中利用光波,而在水中利用声波,把两种最佳的信道和物理场结合了起来,是遥感探测水下声信号的一种比较理想的方法。水下声信号在水空气界面会引起表面波动而对打在水表面处的激光束进行幅度调制。利用直接光强检测方法可以检测受水下声信号调制的激光信号。本文在理论分析的基础上通过试验验证了激光探测水下声信号技术的可行性,同时对水下声信号光电探测存在的问题进行了探讨并提出了相应的解决途径。     

水下声信号红外激光探测的光线分析

水下声信号在水-空气界面会引起表面波动而对打在水表面的激光进行调制。利用直接光强检测方法可以检测到受水下声信号调制的激光信号,本文用光线分析理论模型证明了利用激光进行水下声波探测的可行性。     

水下声信号光电探测技术的实验研究

为了实现水下声信号的遥感探测,针对水下声信号光电探测技术的强度调制理论,提出了光线分析理论模型,并进行了初步的理论分析和实验验证,取得了频率为65Hz和100Hz的水下声信号的探测数据,验证了水下声信号光电探测技术的强度调制理论.实验结果表明,在空气中利用激光,在水中利用声波,通过这两种信号载体来探测水下声信号技术是可行的,这一结果对于水下声信号光电探测技术的研究具有一定的参考价值.     

一种采用高重复频率激光进行水声通信的方法

为研究空中平台与水下目标之间的激光声通信技术,提出了一种热膨胀机制下采用高重复频率激光进行水声通信的方法(重复频率法)。理论推导了高重复频率激光产生窄带声信号的过程,并通过实验测量进行了验证。利用高重复频率激光产生了频移键控(n-FSK)和多频移键控(n-MFSK)两种频移键控信号,结合现有激光器的技术指标,针对不同调制信号的水下通信距离、占用带宽、传输速率进行了分析计算,并与现有的方法(长脉冲法)进行了比较。结果表明,n-MFSK调制的传输速率比n-FSK调制的更快,频带利用率更高,但水下通信距离不及n-FSK调制;同为n-FSK调制,重复频率法的水下通信距离为1000m,比长脉冲法高40%,通信性能优于长脉冲法。     

激光诱导声信号通信技术的初步研究

构建了激光声实验测量系统,利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号,由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器.分析了激光声信号的时频域数学模型,通过实验对单个激光声信号的时频域特征进行了研究,对激光声通信的信号调制方式进行了理论分析和实验验证.研究结果表明:激光声信号的脉宽约为20s,其能量主要集中在200 kHz内,这其中100~200 kHz内的能量占到的比例大约有50%,通过对激光声信号进行幅度调制和频率调制,可以有效实现激光声通信过程.     

激光声水下目标探测器的设计

针对一种水下目标的声探测方法设计了激光声水下目标探测器。对激光声信号产生机理进行研究,并开展了水下探测器发射声信号检测的实验。结果表明:强脉冲激光聚焦于液体介质可以产生爆炸性球面声源,探测器内部的声反射面将球面声信号转变为高指向性的平面波信号。通过对探测器的发射信号和接收的目标回波信号进行数值计算,发现探测器发射信号具有窄波束指向性、高距离分辨力和远探测距离等特点,可以满足水下目标探测的应用需求。     

载波调制激光雷达技术在海洋探测中的应用

介绍了一种水下探测技术,以激光脉冲信号为载波,将微波信号加载到激光脉冲上进行调制编码,调制编码信息由光信号携带进入水下.在接收端,通过频率滤波实现对编码信号的提取,由编码信号的信号处理实现激光雷达水下目标探测.将该技术与多种抑制海水后向散射的方法进行比较,对载波调制激光雷达在海洋探测应用的特点和研究现状进行了综述.     

空中对水下平台激光声通信技术的探讨

空中与水下目标间的通信是世界各国正在研究的一个重要但又未完全解决的问题,探讨了一种将激光通信信道、水声信道相结合的空中至水下平台的激光声通信模式,并研究了激光声通信特点及激光声信号的激发机理,建立了激光声通信实验测量系统,实验研究了激光声信号的强度、波形、频谱等特性.结论:激光一声通信模式可将空中光信道、水中声信道结合起来,具有强大的技术优势;调节激光参数可对通信的激光声信号进行控制.研究结果有助于激光声在海洋中的通信应用.     

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。     

基于语音识别控制的激光超声水下遥感研究

为了减少激光致声对水下目标遥感的实时性和有效性的影响,分析了激光超声诱导与光声效应原理,采用语音识别技术实现字符化编码,探讨语音信息的基频编码和控制激光发射的码型结构。搭建了实验测试系统,利用波长为1.06μm的脉冲激光进行水下超声激励,通过对水下激光声信号采集处理,完成了实验室空中平台到水下目标的实时语音控制。结果表明,非特定人的语音指令识别与编码方法有效实现了可变基频的激光超声水下目标控制。该研究为激光声水下目标遥感应用提供了一种新的技术途径。     

水下目标的激光双波段探测技术

研究了一种采用蓝绿波段激光、红外波段激光相结合的水下双波段激光探测技术,分析了红外波段激光击穿水辐射声波应用于水下探测的基本模式、探测特点及声信号的激发机理,实验研究了激光声信号的强度、波形、频谱等特性.实验结果表明,双波段激光复合探测模式可将空中光信道、水中声信道结合起来,具有强大的技术优势;激光声信号应用于水下探测,具有优良的脉冲特性及频谱特征.研究结果有助于推动激光在海洋中的探测应用.     

基于光热调制检测发动机叶片疲劳裂纹的激光声表面波方法

提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。Nd∶YAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。     

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。     

LDPC码在水下激光通信中的研究

为了研究低密度奇偶校验码在水下激光通信系统中的性能,采用软判决迭代译码算法对系统误比特率进行了仿真,并对水下激光通信的信道模型和低密度奇偶校验码的编译码方式进行了探讨.在一定码长和调制阶数条件下,当信号光子数ns增大时,可以使误比特率降到10-5以下.结果表明,通过利用光电检测输出的软信息进行低密度奇偶校验软判决译码可以明显地降低系统误比特率.     

中低频水下声信号的激光干涉法探测

基于迈克尔逊干涉仪原理,提出了在非平静水面情况下探测中低频水下声信号的激光干涉方法。利用携带声波信息的散射光和参考光的干涉结果提取水下声信号的频率信息,并进行了理论分析和实验验证,结果表明,激光干涉法可以准确探测出中低频水下声信号的频率信息。     

基于频域能量检测器的脉冲激光声信号检测

结合实测的激光致声信号时频域特性,提出了一种基于频域能量检测器的新型水下脉冲激光声信号检测方法,并分析了不同频率激光声信号的衰减特性。针对远距离条件下高频信号衰减严重的问题,在频域能量检测器的前端添加了预补偿滤波器。蒙特卡罗仿真结果表明,带预补偿滤波器的频域能量检测器可以有效提高远距离下激光声信号的检测性能。     

生物组织中强度调制的连续激光激发的光声信号影响因素研究

分析了强度调制的连续激光激发的光声信号形成过程以及调制脉宽对光声信号强度的影响,发现随着调制方波脉宽的增加,生物组织吸收的光功率增加,光声信号幅值增加。研究了调制脉宽对光声成像技术轴向分辨率的影响,发现随着调制方波脉宽宽度的增加,光声信号的脉宽增加,其轴向分辨率变差。在理论研究的基础上进行了实验验证,通过方波调制的激光二极管的出射激光激发生物组织获取声信号。在激光二极管出射光功率提高受限的条件下,通过增加作用在生物组织上的光功率密度获取高分辨率、高信噪比的光声图像。对强度调制连续激光激发的光声成像技术的研究能够为光声成像技术提供一种低成本、便携式的设备,为进一步研究提供参考。     

一种水下激光声通信声源的设计方法

单个激光声脉冲具有脉宽窄、频带宽的特点,不适于远距离水声通信。为了改善激光声通信声源的频谱特性,提高通信性能,采用对激光声进行调制的方法,建立了调制激光声码元的数学模型,基于该模型,提出一种调制激光声源的设计方法,该方法使调制激光声码元频谱的能量集中体现在调制特征的频率上,降低了信号的频谱宽度,更利于激光声信号在水声信道中远距离传播;推导了在热膨胀机制和光击穿机制下调制激光声码元的调制参量,利用实验获得的热膨胀和光击穿激光声脉冲,仿真了该方法下的调制激光声码元,并分析其频谱特征。结果表明,该声源调制方法是正确和有效的。     

海气信道下激光致声下行水声通信系统探讨

构建1.064μm脉冲激光致声水声通信系统,依据激光致声机理,研究激光脉冲能量与声能量关系,分析水下致声信号特征和传输特性,针对水下噪声信号与致声信号的频谱特性,采用滤波方法从频域进行了有效分离。通过理论分析和实验验证,结果表明声波转换能量与激光脉冲能量成正比,选择不同的光学结构可获得不同的致声能量,采用基频可调的ASK编码方式可实现数字信息的有效传送,为海洋通信提供新的技术途径。