基于激光多點(diǎn)相干探測(cè)的水下發(fā)聲目標(biāo)位置估計(jì)方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及水下發(fā)聲目標(biāo)位置探測(cè)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 包括水下測(cè)音器、聲響浮標(biāo)及拖拽式聲波定位器在內(nèi)的聲響技術(shù)依然是當(dāng)前水下 發(fā)聲目標(biāo)探測(cè)的主流技術(shù)手段，例如利用聲響技術(shù)對(duì)MH370黑厘子的捜索，聲響技術(shù)是一種 利用聲波在水下的傳播特性，通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換和信息處理完成水下探測(cè)和通訊任務(wù)的電子設(shè) 備，分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種類(lèi)型。船載聲響技術(shù)由于機(jī)動(dòng)性、靈活性W及隱蔽性較差，對(duì) 水下發(fā)聲目標(biāo)的探測(cè)應(yīng)用受到了諸多限制。
[0003] 人們希望能夠?qū)崿F(xiàn)水下發(fā)聲目標(biāo)的遙測(cè)，于是提出了 "激光-聲"聯(lián)合探測(cè)手段，目 前的實(shí)驗(yàn)室研究顯示了 "激光-聲"聯(lián)合探測(cè)技術(shù)的潛力，激光相干探測(cè)法已被研究應(yīng)用到 水下聲信號(hào)的提取中，取得了一定的成效，但目前"激光-聲"聯(lián)合探測(cè)手段仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)水 下發(fā)聲目標(biāo)位置的探測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決"激光-聲"聯(lián)合探測(cè)手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)水下發(fā)聲目標(biāo)位置探 測(cè)的問(wèn)題，提供兩種基于激光多點(diǎn)相干探測(cè)的水下發(fā)聲目標(biāo)位置估計(jì)方法及實(shí)現(xiàn)上述兩種 方法的裝置。
[0005] 本發(fā)明所述的第一種基于激光多點(diǎn)相干探測(cè)的水下發(fā)聲目標(biāo)位置估計(jì)方法為同 步多點(diǎn)探測(cè)法，該方法包括W下步驟：
[0006] 步驟一、在水表面上任意選取四個(gè)點(diǎn)作為探測(cè)點(diǎn)，且四個(gè)探測(cè)點(diǎn)構(gòu)成正方形；
[0007] 步驟二、采用水下聲信號(hào)激光相干探測(cè)法對(duì)四個(gè)探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，分別得到四個(gè) 探測(cè)點(diǎn)的探測(cè)信號(hào)Id(t)，即光電探測(cè)器接收到的信號(hào)，并對(duì)四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻 譜分析或相位解調(diào)，得到四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波振幅值；
[000引步驟Ξ、判斷四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波振幅值是否相同，如果相同，則將探測(cè)中 屯、、即四個(gè)探測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的正方形的中屯、點(diǎn)0作為聲源中屯、位置的最佳估計(jì)，如果不相同，貝U 執(zhí)行步驟四；
[0009] 步驟四、根據(jù)振幅最大和次大探測(cè)點(diǎn)計(jì)算探測(cè)系統(tǒng)光學(xué)探頭移動(dòng)的方向向量
[0010]
[OOW 其中，Amaxl為四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波最大振幅值，Amaxl對(duì)應(yīng)的位置為探測(cè)點(diǎn) Smaxl，Ama。為四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波次大振幅值，Ama。對(duì)應(yīng)的位置為探測(cè)點(diǎn)Sma。，0為四個(gè) 探測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的正方形的中屯、；
[0012]步驟五、按照步驟四得到的向量Μ來(lái)移動(dòng)四個(gè)光學(xué)探頭，然后返回步驟二。
[0013] 實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置包括激光器（1)、光隔離器(2)、1X4光纖禪合器(3)、四個(gè)光 纖聲光調(diào)制器（4)、四個(gè)光環(huán)形器（5)、四個(gè)探頭（6)、四個(gè)光衰減器（7)、四個(gè)2 XI禪合器 (8)、4通道的光電探測(cè)器(9)和4通道的信號(hào)解調(diào)模塊(10);
[0014] 激光器（1)發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)光隔離器(2)后進(jìn)入1X4光纖禪合器(3) ,1X4光纖禪 合器(3)的四個(gè)輸出端分別連接四個(gè)光纖聲光調(diào)制器(4)的輸入端；
[0015] 每個(gè)光纖聲光調(diào)制器(4)與一個(gè)光環(huán)形器(5)、一個(gè)光衰減器(7)、一個(gè)2 XI禪合器 (8)和一個(gè)探頭(6)相對(duì)應(yīng)，每個(gè)光纖聲光調(diào)制器(4)的一個(gè)輸出端通過(guò)光衰減器(7)連接2 X 1禪合器(8)的一個(gè)輸入端，該光纖聲光調(diào)制器(4)的另一個(gè)輸出端連接光環(huán)形器(5)的一 號(hào)端口，該光環(huán)形器(5)的二號(hào)端口連接探頭(6)的光纖接口，該光環(huán)形器(5)的Ξ號(hào)端口連 接2 X 1禪合器(8)的另一個(gè)輸入端；
[0016] 四個(gè)2X1禪合器(8)的輸出端連接光電探測(cè)器(9)的信號(hào)輸入端，光電探測(cè)器(9) 的輸出端連接信號(hào)解調(diào)模塊(10)的信號(hào)輸入端，信號(hào)解調(diào)模塊(10)的輸出端用于連接上位 機(jī)。
[0017] 本發(fā)明所述的第二種基于激光多點(diǎn)相干探測(cè)的水下發(fā)聲目標(biāo)位置估計(jì)方法為異 步多點(diǎn)探測(cè)方法，該方法為:采用水下聲信號(hào)激光相干探測(cè)法對(duì)待探測(cè)水域進(jìn)行逐點(diǎn)探測(cè)， 得到各個(gè)探測(cè)點(diǎn)的探測(cè)信號(hào)Id(t)，即光電探測(cè)器接收到的信號(hào)，并對(duì)每個(gè)探測(cè)點(diǎn)的探測(cè)信 號(hào)進(jìn)行頻譜分析或相位解調(diào)，得到每個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波振幅值，將水表面聲波振幅值 最大的探測(cè)點(diǎn)的位置作為聲源中屯、位置的最佳估計(jì)。
[0018] 實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置包括激光器（1)、光隔離器（2)、光纖聲光調(diào)制器(4)、光環(huán)形 器(5)、探頭(6)、光衰減器(7)、2X1禪合器(8)、光電探測(cè)器(9)和信號(hào)解調(diào)模塊(10);
[0019] 激光器（1)發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)光隔離器(2)后進(jìn)入光纖聲光調(diào)制器(4)的輸入端，光 纖聲光調(diào)制器(4)的一個(gè)輸出端通過(guò)光衰減器(7)連接2X1禪合器(8)的一個(gè)輸入端，該光 纖聲光調(diào)制器(4)的另一個(gè)輸出端連接光環(huán)形器(5)的一號(hào)端口，該光環(huán)形器(5)的二號(hào)端 口連接探頭(6)的光纖接口，該光環(huán)形器(5)的Ξ號(hào)端口連接2X1禪合器(8)的另一個(gè)輸入 端，2X1禪合器(8)的輸出端連接光電探測(cè)器(9)的信號(hào)輸入端，光電探測(cè)器(9)的輸出端連 接信號(hào)解調(diào)模塊(10)的信號(hào)輸入端，信號(hào)解調(diào)模塊(10)的輸出端用于連接上位機(jī)。
[0020] 本發(fā)明針對(duì)水下發(fā)聲源位置的空中探測(cè)運(yùn)一問(wèn)題提出了解決方案。本發(fā)明所述的 兩種方法可簡(jiǎn)述為如下過(guò)程：1)搭建激光相干探測(cè)系統(tǒng)；2)利用相干探測(cè)系統(tǒng)對(duì)感興趣的 水域多個(gè)位置進(jìn)行水表面聲波探測(cè)；3)利用頻譜分析、相位解調(diào)等方法實(shí)現(xiàn)各個(gè)點(diǎn)水表面 聲波波幅的測(cè)量;4)根據(jù)水表面聲波波幅分布特征，波幅最大的位置視為水下聲源中屯、的 最優(yōu)估計(jì)。
[0021 ]根據(jù)基本多點(diǎn)相干探測(cè)的水下發(fā)聲目標(biāo)位置評(píng)估方法的基本原理，其實(shí)現(xiàn)方法可 采用兩種形式:1)同步多點(diǎn)探測(cè);2)異步多點(diǎn)探測(cè)。
[0022] 本發(fā)明所述的方法和裝置能夠?qū)崿F(xiàn)水下發(fā)聲源位置的空中探測(cè)，可根據(jù)實(shí)際需求 選擇同步多點(diǎn)相干探測(cè)或異步多點(diǎn)相干探測(cè)兩種方法，靈活性和機(jī)動(dòng)性非常好，適用于水 下發(fā)聲目標(biāo)探測(cè)，W及空對(duì)潛通信。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為實(shí)施方式一中的水表面聲波的空間形態(tài)圖；
[0024] 圖2為實(shí)施方式一中的水下聲信號(hào)激光相干探測(cè)的基本原理示意圖，11表示分光 鏡，12表示平面反射鏡，13表示信號(hào)發(fā)生器，14表示功率放大器，15表示水下聲源，16表示數(shù) 據(jù)采集及處理系統(tǒng)；
[0025] 圖3為實(shí)施方式一中四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的初始位置分布圖；
[00%]圖4為實(shí)施方式一中聲源中屯、定位示意圖；
[0027] 圖5為實(shí)施方式一所述方法的流程圖；
[0028] 圖6為實(shí)施方式二中的根據(jù)相干信號(hào)獲得水表面聲波信息的原理框圖；
[0029] 圖7為實(shí)施方式五所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖8為實(shí)施方式屯所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0031] 一：結(jié)合圖1至圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于激光多 點(diǎn)相干探測(cè)的水下發(fā)聲目標(biāo)位置估計(jì)方法為同步多點(diǎn)探測(cè)法，該方法為：
[0032] 步驟一、在水表面上任意選取四個(gè)點(diǎn)作為探測(cè)點(diǎn)，且四個(gè)探測(cè)點(diǎn)構(gòu)成正方形；
[0033] 步驟二、采用水下聲信號(hào)激光相干探測(cè)法對(duì)四個(gè)探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，分別得到四個(gè) 探測(cè)點(diǎn)的探測(cè)信號(hào)Id(t)，即光電探測(cè)器接收到的信號(hào)，并對(duì)四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻 譜分析或相位解調(diào)，得到四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波振幅值；
[0034] 步驟Ξ、判斷四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波振幅值是否相同，如果相同，則將探測(cè)中 屯、、即四個(gè)探測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的正方形的中屯、點(diǎn)0作為聲源中屯、位置的最佳估計(jì)，如果不相同，貝U 執(zhí)行步驟四；
[0035] 步驟四、根據(jù)振幅最大和次大探測(cè)點(diǎn)計(jì)算探測(cè)系統(tǒng)光學(xué)探頭移動(dòng)的方向向量品;
[0036]
[0037] 其中，Amaxl為四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波最大振幅值，Amaxl對(duì)應(yīng)的位置為探測(cè)點(diǎn) Smaxl，Ama。為四個(gè)探測(cè)點(diǎn)的水表面聲波次大振幅值，Amax擁應(yīng)的位置為探測(cè)點(diǎn)Smax2，0為四個(gè) 探測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的正方形的中屯、；
[0038] 步驟五、按照步驟四得到的向量《來(lái)移動(dòng)四個(gè)光學(xué)探頭，然后返回步驟二。
[0039] 水表面聲波是由水下聲福射穿透水氣界面而引起的一種橫向微幅波，若W水表面 聲源擾動(dòng)中屯、為坐標(biāo)原點(diǎn)，水面法方向作為Z坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，那么根據(jù)液體表面橫向微 幅波理論，水表面聲波的Ξ維行波解可由下式表示：
[0040]
[0041] 式中，η為位置(X，y)處水表面聲波實(shí)時(shí)波幅，j為虛數(shù)符號(hào)，X為X軸坐標(biāo)分量，y為Y 軸坐標(biāo)分量，ω為水