[发明专利]基于激光多点相干探测的水下发声目标位置估计方法及实现该方法的装置

权利要求书

1.基于激光多点相干探测的水下发声目标位置估计方法，其特征在于，该方法为：

步骤一、在水表面上任意选取四个点作为探测点，且四个探测点构成正方形；

步骤二、采用水下声信号激光相干探测法对四个探测点进行探测，分别得到四个探测点的探测信号I_d(t)，即光电探测器接收到的信号，并对四个探测点的探测信号进行频谱分析或相位解调，得到四个探测点的水表面声波振幅值；

步骤三、判断四个探测点的水表面声波振幅值是否相同，如果相同，则将探测中心、即四个探测点构成的正方形的中心点O作为声源中心位置的最佳估计，如果不相同，则执行步骤四；

步骤四、根据振幅最大和次大探测点计算探测系统光学探头移动的方向向量

其中，A_max1为四个探测点的水表面声波最大振幅值，A_max1对应的位置为探测点S_max1，A_max2为四个探测点的水表面声波次大振幅值，A_max2对应的位置为探测点S_max2，O为四个探测点构成的正方形的中心；

步骤五、按照步骤四得到的向量来移动四个光学探头，然后返回步骤二。

2.根据权利要求1所述的基于激光多点相干探测的水下发声目标位置估计方法，其特征在于，步骤二中的探测信号I_d(t)的获得方法为：

参考光的光振幅E_b随时间t的分布为：

E_b(t)＝A_bsin(ω₀t+kz_b+φ)(1)

式中，A_b为参考光光振幅E_b的幅值；

ω₀为激光角频率；

k为激光波数；

z_b为参考光的光程；

φ为激光初始相位；

测量光的光振幅E_m随时间t的分布为：

E_m(t)＝A_msin[(ω₀+ω_d)t+kz_m+φ](2)

式中，A_m为测量光光振幅E_b的幅值；

z_m为测量光的光程；

ω_d为声光调制器调制频率；

参考光与测量光汇合后的合振幅为：

E(t)＝E_b(t)+E_m(t)＝A_msin(ω₀t+kz_m+φ)+A_bsin[(ω₀+ω_d)t+kz_b+φ](3)

则相干光光强I(t)为：

I(t)=|E(t)|2=Am2cos2(ω0t+kzm+φ)+Ab2cos2[(ω0+ωd)t+kzb+φ]+AmAbcos[(2ω0+ωd)t+kzm+kzb+2φ]+AmAbcos[ωdt+k(zm-zb)]---(4)]]>

光强由光电探测器接收，光电探测器将A_m²cos²(ω₀t+kz_m+φ)、A_b²cos²[(ω₀+ω_d)t+kz_b+φ]、和A_mA_bcos[(2ω₀+ω_d)t+kz_m+kz_b+2φ]转变为直流信号，因此，去除直流分量后的光强信号I_d表示为：

I_d(t)＝KA_mA_bcos[k(z_m-z_b)]＝A_dcos[ω_dt+k(z_m-z_b)](5)

式中，K为光电接收器的放大倍率，记A_d＝KA_mA_b，

光程差z_m-z_b表示为：

z_m-z_b＝2(L₁-L₂)+2A_nsin(2πf_nt+φ_n)+2A_ssin(2πf_st+φ_s)(6)

式中，A_nsin(2πf_nt+φ_n)为自然水表面的振动表达式，A_n为自然水表面振幅，f_n为自然水表面振动频率，φ_n为自然水表面振动初相位，A_ssin(2πf_st+φ_s)为水下声源引起的水表面振动表达式，A_s为水表面声波振幅，f_s为水表面声波振动频率，φ_s为水表面声波振动初相位，L₁为水面静止时测量光的初始光程，L₂为水面静止时参考光的光程，那么，(L₁-L₂)为水面静止时两路光的初始光程差，记为ΔL，则光电探测器接收到的光强信号可由下式表述：

I_d(t)＝A_dcos{ω_dt+k[2ΔL+2A_nsin(2πf_nt+φ_n)+2A_ssin(2πf_st+φ_s)]}(7)

A_ssin(2πf_st+φ_s)为由水下声源引起的水表面声波的信息。