参量阵水下通讯

一、引 言 随着海洋开发和水下潜艇航行的需要,水下信息的传送已成为日益重要的问题.对于潜艇水下通讯、深海水下摄象及水下电视的长距离无线传输,声波是一种有效的传输工具。通常的线性声学水下声通讯系统存在着指向性与传送距离的矛盾。为了减少多径干扰,必须提高发射器的指向性,亦即提高工作频率,从而就要牺牲作用距离。     

参量阵电控波束偏转方法研究与实验测试*

为了使参量阵获得更快的波束转动能力,提出了一种基于相控阵技术的电控波束偏转方法。该方法通过同步改变原波波束的空间分布,间接实现了参量阵差频波束的电控偏转。通过仿真发现,较低的原波频率、较大的原波频率差异、较小的阵元间距和原波波长比值d/λ,是在波束偏转时减小差频波主瓣宽度和栅瓣强度的有利条件。随后采用所提方法,对频率为2 kHz的差频波,完成了偏转角为5°、10°与20°时的波束偏转实验。实验生成的差频波主瓣分布在预设方向,栅瓣同时也得到了有效的抑制,达到了波束偏转的目的。     

参量阵差分Pattern时延差编码冰下水声通信方法

为提高差分Pattern时延差编码水声通信方法的通信速率以及抗多途能力,使其能有效适用于冰下水声环境,提出了基于参量阵的差分Pattern时延差编码水声通信方法,推导了Pattern码的参量发射原理,分析了参量阵发射对该方法性能的影响,利用参量阵发射产生低频宽带窄指向性声柬,减少了声线触碰上下边界的次数,提高了系统抗多途的能力。冰下水域外场试验结果表明:本方法可有效抑制多途效应,同时低频宽带特性提高了系统通信速率。     

声参量阵的参数概算

本文以使用伯格兹(Burgers)二阶非线性波动方程处理参量阵问题所得结果为基础,针对工程实用中比较关心的二次波声源级、二次波波束宽、二次波频率,发射换能器(或基阵)线度、一次波频率以及一次波声功率等主要工作参数,给出了参数概算的具体方法和步骤.     

参量阵扬声器在管道噪声控制中的研究*

为了解决管道有源噪声控制中声反馈造成的系统复杂度和计算量的增加,文中引入参量阵扬声器作为次级声源,利用其强指向性减小控制系统的声反馈。为了验证该方法可行性,本文分别在直管和L管中,对600 Hz单频噪声和频率范围为500 Hz~1000 Hz的窄带噪声进行了管道有源噪声控制,同时测量了参量阵扬声器的管内声场和降噪范围。结果表明,参量阵扬声器声反馈小,在没有声反馈补偿的条件下对单频噪声的降噪效果基本达到了声反馈补偿条件下普通扬声器的降噪效果,对窄带噪声的降噪效果稍差。此外,通过测量管道声场和降噪量,确定了参量阵扬声器的降噪区域为误差传感器下游整个管道,降噪面积为管道整个截面。这说明参量阵扬声器作为次级声源降低了系统的复杂度和算法的计算量,并取得了较好的降噪效果。     

基于动态载波AM算法参量阵的DSP设计与实现

为了解决普通AM参量阵产生的解调信号质量差、效率低等问题,设计了一个动态载波AM算法。以此算法为基础设计了一个DSP处理平台,并在此平台上实现了参量阵系统。经过系统硬件和软件两方面的优化设计,保证了算法运行的实时性和稳定性。最后,使用500Hz、800Hz和1100Hz的合成波作为测试信号,测试了系统输出的波形和参量阵前方5米处的频谱。对比测得的波形和理论波形,验证了此系统能够可靠地运行。对比普通AM和动态载波AM参量阵输出信号的频谱图,验证了动态载波AM参量阵能输出更好信噪比和能量更高的解调信号。     

宽带光参量放大过程中的转换效率提升

建立了宽带光参量放大数值模拟平台,并基于此对宽带光参量放大系统的能量转换效率提升进行优化设计,根据模拟计算结果可以对实验中能够达到的最优化能量转换效率进行预判。建立了验证实验平台并进行了实验,研究并攻克了实验中遇到的参量荧光抑制、信号光,泵浦光空间精确匹配、脉宽精确匹配、时间波形整形等关键技术难点。在抑制参量荧光的同时实现了宽带光参量放大过程能量转换效率的提升,在单级宽带光参量放大过程中获得了30%的能量转换效率。     

宽带光参量放大过程中的转换效率提升

建立了宽带光参量放大数值模拟平台,并基于此对宽带光参量放大系统的能量转换效率提升进行优化设计,根据模拟计算结果可以对实验中能够达到的最优化能量转换效率进行预判。建立了验证实验平台并进行了实验,研究并攻克了实验中遇到的参量荧光抑制、信号光,泵浦光空间精确匹配、脉宽精确匹配、时间波形整形等关键技术难点。在抑制参量荧光的同时实现了宽带光参量放大过程能量转换效率的提升,在单级宽带光参量放大过程中获得了30%的能量转换效率。     

基于双抽运参量放大中的信号波和闲频波特性

根据信号波和闲频波所满足的耦合非线性薛定谔方程,导出了双抽运参量放大增益系数g、信号波的放大因子和闲频波转换效率,并在输入总抽运功率不变的情况下,仅改变双抽运功率P1,P2的比值s,对参量放大增益系数g、信号波的放大因子和闲频波转换效率理论研究和数值模拟;数值模拟结果表明：相位匹配条件下,通过改变双抽运功率的比值 ,可获得适当的放大的信号波和一定转换效率的闲频波。     

基于双抽运参量放大中的信号波和闲频波特性

根据信号波和闲频波所满足的耦合非线性薛定谔方程,导出了双抽运参量放大增益系数g、信号波的放大因子和闲频波转换效率,并在输入总抽运功率不变的情况下,仅改变双抽运功率P1,P2的比值s,对参量放大增益系数g、信号波的放大因子和闲频波转换效率理论研究和数值模拟;数值模拟结果表明：相位匹配条件下,通过改变双抽运功率的比值 ,可获得适当的放大的信号波和一定转换效率的闲频波。     

铷原子中参量六波混频和量子拍的研究

在铷原子中实现了轴向相位匹配的参量六波混频,并探测到位于红外光谱区的六波混频信号.六波混频信号与泵浦激光进行和频,产生了位于可见光范围内的可调谐的和频信号,并从和频信号中观察到频率为608 cm 1的量子拍.结果表明,六波混频信号中的量子拍能够用于研究原子和分子的相干特性.     

基于Volterra滤波器的参量阵扬声器互调失真补偿研究

针对单边带调制方法预处理的参量阵扬声器系统在复杂信号输入情况下存在明显互调失真的问题,引入Volterra滤波器模型和简化的一维Volterra滤波器模拟了其互调失真。设计了相应的逆滤波器,并对其抑制系统互调失真的性能进行了实验对比。结果表明,所设计的逆滤波器都能有效降低系统的互调失真,而后者具有较低的计算复杂度。     

多子阵组合的短基线声学定位系统数据优化方法*

短基线声学定位系统是一种常用的水下声学定位设备,为提高适用性,常采用多阵元接收阵的方式进行水声定位,其工作时将带来冗余的测距数据和定位结果,而部分冗余数据的解算定位结果误差较大（以下简称奇异值）,其代入融合将导致最终定位结果的误差不减反增。为解决该问题,本文分析奇异值特征,提出了基于多子阵组合(Multiple Subarray Combination,以下简写MSC)的短基线声学定位数据优化方法。该方法将空间阵中划分出的各单元子阵进行筛选,对冗余数据进行优化,筛除会引入较大误差的中间数据,进而提高定位精度。计算机仿真及实际测试数据表明：该方法可实现整体声源定位精度的提高。同时与传统定位方法相比可有效减小运算量,提高整体定位系统的性能。     

光学系统像差与光场干涉对激光参量测量精度的影响

研究了采用面阵CCD探测器测量光束参量的技术问题,研制了一套高精度激光参量测量系统,对其光学系统像差与光场干涉原因进行了理论分析,实验测量了连续抽运1064nm固体模式发生器产生的基模厄米高斯光束,分析对比了其输出光束带有干涉条纹时对测量精度的影响,对光学系统的设计提出了具体技术要求,为同类装置的研制提供了参考依据。     

消频散阵不变量距离估计方法

针对传统阵不变量方法在低信噪比和远距离测距性能差的问题,提出了消频散阵不变量测距方法。该方法首先对垂直阵接收信号进行消频散波束形成,消除频散影响,压缩脉冲宽度,提高简正波到达时间分辨率;然后,对得到的角度-时间谱采用反卷积处理提高简正波俯仰角度分辨率。通过消频散和反卷积处理,减小了简正波相对到达时间和俯仰角在角度-时间谱图中的聚焦范围,有利于准确的提取阵不变量和估计目标声源的距离。计算机仿真证明了该方法在低信噪比条件下的鲁棒性;2009年崂山湾实验数据处理结果表明:相比于传统阵不变量测距方法,该方法距离估计误差减小2.5%。     

长腔DFB半导体激光器非简并四波混频波长转换效率

本文从理论上计算了长腔DFB-LD中基于非简并四波混频的波长转换效率,由耦合波方程的数值解,得出波长转换效率与腔长、泵浦光功率、增益系数、DFB-LD谐振光与注入光的频率失谐量等的关系.数值计算结果表明,通过提高泵浦光功率、增益和腔长可有效地增大波长转换效率.     

圆弧形面阵自适应波束形成快速计算方法

针对圆弧形面阵估计水下目标二维波达方向的问题,提出一种降维处理的自适应波束形成方法。利用圆弧形面阵模型简化阵列内插矩阵的计算,通过垂直和水平两阶段波束加权,降低自适应波束形成维数,从而实现快速估计声源二维波达方向的目的。仿真结果表明,所提改进方法的计算量较传统二维最小方差无失真波束形成方法降低约一个数量级,且在低快拍条件下具有更明显的噪声抑制优势。湖上实验数据处理结果验证,在复杂水声环境下,所提方法具有较好的目标分辨性能。     

基于任意阵的最小方差无失真响应聚焦波束形成的被动定位方法

将最小方差无失真响应(MVDR)聚焦波束形成近场被动定位方法应用到平面任意结构阵列上,可以很好地解决线列阵由于阵长较长,在实际使用中存在布放困难、部分阵元失效影响定位性能等问题。本文首先分析了平面任意结构阵列的近场接收信号模型,推导出阵列流型,然后将MVDR聚焦波束形成技术应用到该模型中,得到了基于任意阵的MVDR聚焦波束形成近场被动定位方法。仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器转换效率的研究

以掺镱光纤激光器为抽运源、掺铒光纤激光器后接掺铒光纤放大器为信号源,利用周期极化掺镁铌酸锂晶体,研究了全光纤化差频产生中红外激光器的转换效率特性。结果表明,抽运光和信号光偏振态影响差频产生过程的转换效率,利用偏振控制器,可将抽运光和信号光偏振方向调节到与晶体光轴方向平行,以获得高的转换效率。抽运光和信号光的光束质量既影响差频产生过程的转换效率,又决定晶体纵向位置的容限,当聚焦系统由自聚焦透镜和焦距100mm平凸透镜组成时,相对转换效率达0.717mW-2,晶体纵向位置容限为44mm。此外,差频光在3126.36~3529.6nm范围内调谐时,转换效率基本保持不变。