[实用新型]相干激光遥感探测水下声信号的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光遥感，特别是一种相干激光遥感探测水下声信号的装置，实现远距离、非接触地探测水下声信号，可以用作水下仪器对水上平台的无线、无中继设备的远距离通信的接收端。

背景技术

由于水气的特性阻抗不同，大部分水下声波在界面处被反射，穿透到水面上的声波损耗非常大，为了探测水下声信号，必须将接收换能器浸入水中，再将探测到的声信号以电缆或无线电方式传送给水上平台，这种存在湿端中继的探测方式限制了水上平台探测水下声信号的机动性。

为了克服这一难题，当前采用一种激光遥感探测水下声信号的方法——非相干激光遥感探测水下声信号方法^[1，2]。请参见文献：1.桑国明，田作喜，何锦林，崔桂华，激光窃听技术在水声信号检测中的应用研究，舰船电子工程，1999年第6期和2.伊厚会，孙金祚，利用激光探测水下声场的理论研究，烟台大学学报，Vol.16No.4Oct.2003。

该方法的原理如图1所示，激光器01将激光以固定角度入射水表面03，水下发声器04发出的声信号导致的水表面波动会对激光反射光进行方位调制。对于固定位置的激光接收探测器02而言，反射光的方位变化就会形成探测器面上激光的强度调制，从而将声波的调制信息传递到激光接收探测器02上，这样，利用激光的强度调制信息可以探测水下声信号。

该方法是测量激光受水表面的幅度调制，光源采用普通激光器即可，实现难度较低。但是，该方法存在以下缺点：

(1)探测灵敏度与激光入射角的余弦值cos(θ)成正比，当激光入射角很小时，探测灵敏度大大降低。而对于远距离探测水下声信号，难以实现大角度测量，因此，该方法无法实现远距离的探测。

(2)发射和接收机的角度必须严格匹配，光路调节难度大。

发明内容

本实用新型的目的就是要弥补上述现有的非相干激光遥感探测水下声信号方法的不足，提供一种相干激光遥感探测水下声信号的装置，以实现远距离探测水下声信号，而且该装置应具有探测灵敏度高、测量距离远、光路灵活、结构可靠、调节容易的优点。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种相干激光遥感探测水下声信号的装置，包括激光器、光分束器、光移频器、光环形器、望远镜、光合束器、光电探测器、电外差解调器、外差信号驱动放大器，其位置关系是：激光器发射的激光经过光分束器分为探测光和参考光，探测光进入光移频器；电外差解调器输出外差电信号，经过外差信号驱动放大器放大后驱动光移频器，使通过光移频器的探测光产生和外差信号相同频率的频移；移频后的探测光进入光环形器的第一端口，从第二端口输出，再经过望远镜发射到待测水面；水面的反射光再由该望远镜接收，从光环形器的第二端口进入光环形器，从第三端口输出，反射光与参考光在光合束器中合束，由光电探测器探测相干光信号，并将其转化为电信号，经过电外差解调器解调出水下声信号的波形。

所述的激光器为单频光纤激光器。

所述的光移频器为声光移频器。

所述的光分束器和光合束器均为光纤结构。

所述的光电探测器为PIN光电二极管。

所述的各光学器件均采用光纤接口，之间的光路均由单模光纤构成，望远镜的孔径和焦距比值大于单模光纤数值孔径的2倍。

激光器发射的激光经过光分束器分为探测光和参考光，因为探测光发射和接收都要经过望远镜的耦合损失和目标的反射损失，会有较大的衰减，因此，分出的探测光应大于参考光。

探测光进入光移频器，电外差解调器输出外差电信号，经过外差信号驱动放大器放大后驱动光移频器，使得通过光移频器的探测光产生和外差信号相同频率的频移，外差信号的频率大小应参考所测量水下声信号引起的水面振动速度，确保振动速度引起的光频移小于外差信号的频率。

移频后的探测光进入光环形器的第一端口，从第二端口输出，再经过望远镜发射到水面；水下仪器发出的声波使水表面形成受迫振动，振动频率和幅度分别和水下声波的频率和强度一致，水面振动导致探测光在水面的反射光产生多普勒频移，频移量Δf₀和水面振动速度V有如下关系：

Δf=2V·cosθλ]]>