[发明专利]一种基于激光多普勒的气泡尾流探测方法

说明书

本发明公开了一种基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，包括：构建气泡尾流探测系统；在气泡尾流模拟区产生预设频率的声源信号，根据预设频率的声源信号确定气泡在气泡尾流模拟区内的运动速度；向水中发射连续单色光，将连续单色光分为两束平行相干光并聚焦射入气泡尾流模拟区，依据激光多普勒效应及气泡在气泡尾流模拟区内的运动速度得到差动多普勒频率；接收气泡尾流模拟区内动多普勒频率对应气泡散射后的散射光，并将散射光转换为电信号；接收电信号并对电信号进行频谱分析。本发明方法利用声波信号增强水下气泡的运动特性从而增强后向散射多普勒频移特征，同时利用差动多普勒探测原理探测尾流气泡多普勒频移信号，提高了水下探测目标的精度。

技术领域

本发明属于激光尾流探测技术领域，具体涉及一种基于激光多普勒的气泡尾流探测方法。

背景技术

舰船在航行过程中由于螺旋桨产生的空化现象，海面波浪的反卷、破碎以及从吃水线部分卷入的大量空气，在舰船的尾部形成一条含有大量气泡的气幕带，通常称为气泡尾流，尾流的几何特性与其产生的舰船的几何尺度、航行速度、海面风速等因素密切相关。而气泡尾流的热学性质、形态性质、电磁性质、声学性质以及水动力学性质都会发生一定改变，由于这些性质的改变出现了相应的声尾流探测、红外热尾流探测、气体分析仪尾流探测、电磁尾流探测和光尾流探测等新的探测方法。因红外探测、气体分析仪尾流探测、电磁尾流探测等方法存在众多因素的限制，面对海洋复杂的探测环境，无法广泛应用，而声尾流探测由于其独特的优势发展最为成熟。其中，光尾流探测技术具有体积小、精度高、隐蔽性好等诸多优点，已经成为水中运动目标探测研究的热点。

在声尾流探测中，依据工作方式分为主动声探测和被动声探测。主动声探测是主动发射声波“照射”目标，而后接收目标反射的回波时间，以及回波参数以测定目标的参数。但是主动声探测自身需发射声波信号，发射的声波信号易被发现即隐蔽性差限制了其发展。被动声探测是通过接收目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号，对接收到的声信号进行处理计算来得到目标的相关信息。辐射噪声和水声设备发射的信号经远海水传播后衰减的十分微弱使得被动声探测信噪比低，为提高信噪比需更多的信号处理措施导致装置复杂且庞大，因此不能满足水下动态目标探测和水下武器制导的要求。光学探测，是通过检测激光在目标尾迹中传输时光学特性的变化来实现对动态目标的探测与跟踪。光学探测因为激光波长小、速度高、方向性好而具有灵敏度高、抗干扰能力强，探测距离比声学探测距离远等特点而备受关注。光学探测依据激光源和探测器的相对位置可以分为前向探测和后向探测。其中，前向探测方法在进行检测时，激光源和探测器位于待检测目标尾迹的两侧，虽然易于实现，但应用时探测装置必须行进在目标尾迹中，实用性较差；后向探测方法的激光源和探测器位于待检测目标尾迹的同一侧，与现有的探测体制相符，但实现起来有一定的难度，是目前尾流探测研究的重点。而根据检测光参量的不同，已经提出的光学探测可以分为激光强度探测和激光偏振探测。激光强度探测，包括激光散射强度探测、激光散射空间频谱探测、激光光斑探测；激光偏振探测则是利用激光在尾流区域传播，尾流对激光的退偏振作用实现尾流的光学探测。激光强度探测是研究的重点，而激光偏振探测常常与强度探测结合使用，以提高探测精度。

但是，由于水中气泡、杂质等对光波有强烈的吸收和散射，不管是激光强度探测，还是激光偏振探测，激光散射强度的波动较大，因此利用散射光强变化探测目标的方法探测精度较差，尚不能实用化，而利用光的散射空间频谱探测目标又会出现当目标尾迹中存在较少气泡的情况下，光散射空间频谱较小难以检测的问题，导致不能准确探测水下动态目标的气泡尾流。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于激光多普勒的气泡尾流探测方法。

本发明的一个实施例提供了一种基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，该基于激光多普勒的气泡尾流探测方法包括以下步骤：

步骤1、构建气泡尾流探测系统，所述气泡尾流探测系统包括尾流气泡模拟装置、声波发生装置、激光发射装置、气泡尾流探测装置和信号采集分析装置；