数字化相位载波解调方案在光纤水听器系统中的实现

本文分析了干涉型光纤水听器内调制相位载波(PGC)调制解调的原理，提出了PGC调制解调的全数字化方案，通过计算机仿真，并在光纤水听器系统中实现了PGC的数字化解调。实验室光纤水听器与标准水听器对比测试以及实际海况试验都证明，数字化PGC解调技术在光纤水听器系统的实现对水声信号的检测是有效的。  

干涉型光纤水听器相位载波调制-解调中信号混叠产生的机理及解决方案

信号混叠是制约基于相位载波调制-解调的光纤水听器系统走向应用的一个关键问题。对信号混叠产生的机理进行了详细的理论分析和仿真,结果表明,提高光源调制频率和降低探头灵敏度都无法有效解决光纤水听器实际应用中遇到的高频干扰引起的混叠问题。基于声学滤波器原理,提出了一种新颖的声低通滤波解决方案。设计并加工制作了一种简单的声低通滤波光纤水听器,在驻波罐中对其声压灵敏度频响进行了测量。实验结果表明,该光纤水听器在测量频带上具有较好的声低通滤波特性,低频声压灵敏度约为-140 dB(0 dB=1 rad/μPa),高频衰减大于20 dB,对高频干扰有较强的抑制能力。该方案十分简单经济,能从根本上有效地解决相位载波调制-解调中的信号混叠问题。  

全光光纤水听器系统海上试验

阐述了光纤水听器拾取声压信号的基本原理。研制的光纤水听器探头尺寸为Φ22 mm×100 mm,相位灵敏度为-160 dB(参考值1 rad/μPa),波动小于3 dB,系统最小可测声压在1 kHz频点为43.5 dB,与零级海洋噪声水平相当。光纤水听器与标准水听器采集的宽带信号相关系数大于0.94,信号基本一致。23基元1 km传输全光湿端光纤水听器阵列于2002年8月在渤海进行了海上试验,相邻基元采集的气枪信号相关系数大于0.98,阵列具有良好波束指向性。光纤水听器关键技术的成熟为其走向应用奠定了良好基础。  

基于光频调节的干涉型光纤水听器相位补偿检测方法

提出了一种基于光源频率调节的干涉型光纤水听器主动相位补偿的信号检测方法。详细介绍了该方法的基本检测原理,对信号解调误差进行了理论分析与仿真。为了验证该方法的可行性,搭建了实验系统,并编写了实时的信号采集、处理程序,对某一干涉型光纤水听器的声压灵敏度进行了测试。在频带20 Hz-1.3 kHz上,平均声压灵敏度为-162.2 dB(0 dB=1 rad/μPa),波动小于±0.8 dB,与采用相位载波调制解调方法测量的结果基本吻合。实验结果证明该方法是有效的。由于传感部分不含有源器件,便于实现全光纤化,且解调算法简单、检测频带宽,该方法能被广泛应用到各种干涉型光纤传感器的信号检测当中。  

干涉型全保偏光纤水听器阵列研制

报道了干涉型全保偏光纤水听器阵列的研究结果。在详细介绍全保偏光纤水听器基元结构和性能基础上,描述了四基元阵列结构和特性,给出了光纤水听器基元相对接收灵敏度的频率响应和阵列指向性的测量结果。同时指出光纤水听器与传统压电换能器在性能指标、信号传输和处理等方面的差异。  

干涉型光纤水听器数字化外差检测方法动态范围上限研究

阐述了干涉型光纤水听器外差检测的基本原理,对干涉型光纤水听器数字化外差检测方法动态范围上限进行了研究。理论分析了由外差频率决定的动态范围上限以及反正切、微分-交叉相乘(DCM)两种正交解调算法决定的动态范围上限,并进行了综合对比。分析结果表明,不同的外差频率所能达到的动态范围上限不同;相同的外差频率结合不同的正交解调算法,所能达到的动态范围上限也不相同。在固定采样率下,设置外差频率为采样率的1/4,并结合反正切算法,可以实现更大的动态范围上限。数值模拟证明了理论分析的正确性。构建了基于外差检测的光纤水听器系统并进行了实验研究,实验结果与理论相符,证实了采用外差检测方法实现大规模光纤水听器阵列更大动态范围检测的可行性。  

基于非平衡光纤干涉仪的窄线宽激光光源跳模实时测试方法

窄线宽激光器随机发生的跳模现象,是影响光学系统稳定的重要因素.激光器线宽窄往往意味着较长的谐振腔和较小的模间隔,从而给跳模的监测带来了难度.本文提出一种基于非平衡光纤干涉仪的窄线宽光源跳模测试方法,该方法将激光器跳模的频率变化转变为干涉仪的相位变化,并通过相位产生载波(PGC)调制解调技术来检测相位信息,从而实现对跳模过程的监测.该方法灵敏度高,能够长时间连续监控,测试效果优于Fabry-Pérot干涉仪,还可在kHz量级上测量窄线宽激光器的线宽,为单纵模窄线宽激光器研究提供有效的测试手段.  

拖曳线列阵用光纤水听器的研究

报道了光纤水听器用于拖曳线列阵的研究结果。在保证光纤水听器声相位灵敏度的前提下, 优化设计了光纤水听器的结构,降低了光纤水听器的加速度灵敏度36dB。实验测得在20-1600Hz 频段,该光纤水听器的相位灵敏度为-162．7dB,频段内灵敏度的起伏为±0．7dB,加速度灵敏度小于-30dB。  

二阶声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响特性

信号混叠是基于光纤水听器的现代声纳系统走向应用必须解决的一个关键问题.初步的实验结果已经表明,声低通滤波光纤水听器是解决信号混叠问题的一种简单且行之有效的方案.基于电一声类比理论,建立了声低屯瞬ü庀怂鞯牡推导胁瘟磕Ｐ?利用电路分析的方法对其频响特性进行了研究.结果表明,这种光纤水听器系统与典型的二阶低通滤波电路具有相似的频响特性.为了验证理论分析的正确性,设计制作了一个简单的声低通滤波光纤水听器,并在驻波罐中对其声压灵敏度频响特性进行了测试,实验结果与数值计算的结果基本吻合.该光纤水听器低频响应非常平坦,声压灵敏度约为-141 dB,测量共振频率为985 Hz,与理论值1270 Hz基本一致.共振频率处的声压灵敏度为-126.8 dB,衰减速率约为20 dB/倍频程,3000 Hz以后的灵敏度衰减幅度大于20 dB.  

腔壁弹性对水下小型圆柱形亥姆霍兹共振器共振频率的影响

理论和实验研究了腔壁弹性对水下小型圆柱形亥姆霍兹共振器共振频率的影响.基于电-声类比理论，建立了小型共振器的简化模型，利用电路分析方法得到了便于计算的共振频率一般表达式.分别仿真分析了共振器壁面厚度和材料对共振频率的影响，得到了不同尺寸的小型共振器的近似刚性条件.在充水驻波罐中对不同壁厚、不同材料的小型圆柱形亥姆霍兹共振器的共振频率进行了测量，实验结果较好地验证了理论分析和近似刚性条件的正确性.所得结果对小型圆柱形亥姆霍兹共振器的设计和水下应用具有较好的参考价值. 关键词： 亥姆霍兹共振器 共振频率 传递函数 辐射阻抗