[发明专利]基于多光纤空间光场调制的水下微弱信号检测方法

说明书

本发明公开了一种基于多光纤空间光场调制的水下微弱信号检测方法，应用于水下航行器上，水下航行器上设有水下环境微弱声波检测系统，系统包括壳体，多光纤传感器阵列，光电转换与信号调理、解调电路以及计算机；该方法包括：将多光纤传感器阵列依照预设结构布置，以构成载波信号序列；获取高频载波信号；将多光纤传感器阵列传来的光信号通过所述光电转换与信号调理、解调电路转变为电信号；然后由计算机通过信号的调制与解调，获取调制波所携带的环境状态信息；其有益效果是：通过物理布置构建高频载波信号，再利用声波信号对高频载波信号调制，将微弱低频振动转移到高频信号中，以克服当前复杂海洋环境中微弱声信号的检测困难问题。

技术领域

本发明涉及水下无人航行器环境微弱声信号动态感知技术领域，具体涉及一种基于多光纤空间光场调制的水下微弱信号检测方法。

背景技术

传统的水声信号探测传感器多为压电陶瓷类声呐，在水下声波的作用下声呐产生压电陶瓷压电效应，从而实现对水下目标信号的声波探测。在科学技术飞速发展和提高的今天，水下目标的隐蔽性和反探测技术持续加强，声呐在复杂的海洋环境中接收目标信号的信噪比逐渐降低，传统的压电陶瓷类声呐技术已经无法满足对水声弱信号的探测，光纤声呐作为先进水声探测传感器，其特点是灵敏度高、体积较小、损耗小，易于传输便于组建阵列等优势，是光纤光学与光电子学及水声学相互融合的新兴技术。

水声信号处理是水下目标探测系统核心技术之一，主要是将采集到的水声信号进行解调分析，所以对水下目标信号的精准获取和解调是水声信号处理的关键点。早期研究人员曾采用过功率谱估计、小波分析、经验模态分析、AR模型及自相关函数方法进行水声信号的处理及特征提取，然而，复杂海洋环境中的待测信号微弱或者从较远处传播，使得目标信号混叠于复杂的噪声环境中，难以准确获取，因此，亟需提升噪声背景中识别与解调弱信号的能力。

发明内容

为克服当前复杂海洋环境中微弱声信号的检测困难问题，本发明提供了一种基于多光纤空间光场调制的水下微弱信号检测方法，用以检测水下微弱的声信息。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于多光纤空间光场调制的水下微弱信号检测方法，应用于水下航行器上，所述水下航行器上设有水下环境微弱声波检测系统，所述检测系统包括壳体，设置在所述壳体内的多光纤传感器阵列，光电转换与信号调理、解调电路以及计算机；所述方法包括：

将所述多光纤传感器阵列依照预设结构布置，以构成载波信号序列；

获取高频载波信号；其中，所述高频载波信号为通过对布置在所述壳体内的多光纤传感器阵列高速扫描所得；

将所述多光纤传感器阵列传来的光信号通过所述光电转换与信号调理、解调电路转变为电信号，并进行放大和滤波预处理后传入所述计算机；

然后由所述计算机通过信号的调制与解调，获取调制波所携带的环境状态信息。

作为本申请一种可选的实施方式，所述多光纤传感器阵列包括多个具有微小探头的非接触光纤位移传感器，并按一定次序构成正弦阵列布置在壳体周围；测量时对传感器阵列进行高频扫描，使得正弦阵列传感器逼近高频载波信号，实现系统工作时，环境中的微弱声波对多光纤传感器阵列所形成高频载波信号进行调制。

作为本申请一种可选的实施方式，所述多光纤传感器阵列可根据壳体尺寸、振型变化，布置成沿壳体周向分布、轴向分布或沿壳体内部成螺旋分布。

作为本申请一种可选的实施方式，所述方法还包括：

对所述多光纤传感器阵列所获取信号重新排序，并根据环境工况自适应调制各传感器组合，形成变结构的载波阵列。

作为本申请一种可选的实施方式，通过所述计算机中对信号形成的曲线进行相关分析和功率谱分析。