[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

说明书

技术领域

本发明涉及水下发声目标位置探测技术。

背景技术

包括水下测音器、声呐浮标及拖拽式声波定位器在内的声呐技术依然是当前水下发声目标探测的主流技术手段，例如利用声呐技术对MH370黑匣子的搜索，声呐技术是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理完成水下探测和通讯任务的电子设备，分为主动式和被动式两种类型。船载声呐技术由于机动性、灵活性以及隐蔽性较差，对水下发声目标的探测应用受到了诸多限制。

人们希望能够实现水下发声目标的遥测，于是提出了“激光-声”联合探测手段，目前的实验室研究显示了“激光-声”联合探测技术的潜力，激光相干探测法已被研究应用到水下声信号的提取中，取得了一定的成效，但目前“激光-声”联合探测手段仍然无法实现水下发声目标位置的探测。

发明内容

本发明的目的是为了解决“激光-声”联合探测手段无法实现水下发声目标位置探测的问题，提供两种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上述两种方法的装置。

本发明所述的第一种基于激光多点相干探测的水下发声目标位置估计方法为同步多点探测法，该方法包括以下步骤：

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。

实现上述方法的装置包括激光器(1)、光隔离器(2)、1×4光纤耦合器(3)、四个光纤声光调制器(4)、四个光环形器(5)、四个探头(6)、四个光衰减器(7)、四个2×1耦合器(8)、4通道的光电探测器(9)和4通道的信号解调模块(10)；

激光器(1)发出的激光经过光隔离器(2)后进入1×4光纤耦合器(3)，1×4光纤耦合器(3)的四个输出端分别连接四个光纤声光调制器(4)的输入端；

每个光纤声光调制器(4)与一个光环形器(5)、一个光衰减器(7)、一个2×1耦合器(8)和一个探头(6)相对应，每个光纤声光调制器(4)的一个输出端通过光衰减器(7)连接2×1耦合器(8)的一个输入端，该光纤声光调制器(4)的另一个输出端连接光环形器(5)的一号端口，该光环形器(5)的二号端口连接探头(6)的光纤接口，该光环形器(5)的三号端口连接2×1耦合器(8)的另一个输入端；

四个2×1耦合器(8)的输出端连接光电探测器(9)的信号输入端，光电探测器(9)的输出端连接信号解调模块(10)的信号输入端，信号解调模块(10)的输出端用于连接上位机。

本发明所述的第二种基于激光多点相干探测的水下发声目标位置估计方法为异步多点探测方法，该方法为：采用水下声信号激光相干探测法对待探测水域进行逐点探测，得到各个探测点的探测信号I_d(t)，即光电探测器接收到的信号，并对每个探测点的探测信号进行频谱分析或相位解调，得到每个探测点的水表面声波振幅值，将水表面声波振幅值最大的探测点的位置作为声源中心位置的最佳估计。

实现上述方法的装置包括激光器(1)、光隔离器(2)、光纤声光调制器(4)、光环形器(5)、探头(6)、光衰减器(7)、2×1耦合器(8)、光电探测器(9)和信号解调模块(10)；