基于PGC解调的水下声信号探测技术研究
发布时间：2021-07-31 15:35
水下发声目标产生的水下声场传播到水-气界面时,会激励水面产生微幅的水表面波动。这一水表面的微幅波动携带了大量的水下声源的振动信息,通过检测这一微幅波来间接的探测水下声源的发声信息是一种可行的方案。本文的研究工作围绕水表面声波的光学干涉探测方法展开,从理论分析其应具有的波动形式,再通过仿真和实验验证了激光干涉探测法检测水下发声目标的可行性。本文着重研究了光学外差干涉的PGC（Phase Generated Carrier）解调方案,并结合本研究课题进行了算法改进和创新。建立水下声源引起水表面声波的原理模型,理论分析光外差干涉探测水表面波信号形式,并对其频谱特征进行研究。水下声场引起水表面产生同频的水表面声波,水表面声波振幅与水下声源频率、声源距水面距离呈反比。使用迈克尔逊激光干涉光路获得干涉信号,结合三角函数和贝塞尔函数将干涉信号展开后分析其频谱成分及分布。通过理论与仿真可知其频谱分为低频段和声源频率段,结合其关于中心频率对称的特点提出了提取中心频率方法求解水下声场频率信息。为了解决由正交信号消隐引起的解调失真现象,对基于PGC解调的水下声源探测方案进行了改进。在参考光路中引入高频水表面...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下声源引起水表面波模型
图 2-2 垂直入射下水表面对激光的散射作用的迈克尔逊激光干涉光路结构作为基础，迈示。激光器发出两路光束分别经参考光路、为：r r 0 0 rm m 0 0 m2sin( )2sin( )E A t LE A t L 激光器分光镜参考光路反射镜测0 0 r r rE A Lm m mE A LI (t )
图 2-4 干涉信号频谱 水下声源仿真信号如图 2-4 所示，这一结果与上述式（2-17）带 nωi的占据低频带，在中心频率附近存在 ωs±nωi的频谱带分布，在二倍频 2kHz 存在幅值更低的 2ωs±nωi频率分量，更分微弱已经不足以体现出来，这些结果与理论分析符合。实际的水表面来说，水面存在的扰动是一系列的低频波动相叠然满足以上关系，不同的是低频带的谱线更加密集且更加复杂在参考臂增加了高频载波的情况，其频谱无非就是增了载波的，与单个水下声源的零差干涉结果没有本质差别。因此上述的合实际水面扰动情况下的外差干涉信号。从以上的频谱分析来下声源信号，如果其频谱中高频分量能够与低频带相区分，可析的方法直接提取出水下声源的频率信息。但对于较为低频的水表面自然扰动产生的低频带相混叠，此时不再能够从频谱当这也是引入 PGC 的相位解调技术的原因之一。涉信号频谱带宽的贝塞尔函数解释
【参考文献】：
期刊论文
[1]相位解调实现低频水表面声波振幅探测[J]. 张晓琳,毛红杰,李凯,唐文彦. 红外与激光工程. 2019(05)
[2]干涉测量低频水下声源频率的改进算法[J]. 张晓琳,毛红杰,唐文彦. 光学精密工程. 2018(11)
[3]基于改进相位生成载波解调的水表面声波激光相干探测[J]. 张烈山,张晓琳,刘刚,李开琴,唐文彦. 中国激光. 2017(09)
[4]Detection of water surface capillary wave by analysis of turning-point local signal data using a laser interferometer[J]. 张烈山,张晓琳,唐文彦. Chinese Optics Letters. 2017(07)
[5]基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测[J]. 张晓琳,李开琴,刘刚,张烈山,唐文彦. 光子学报. 2017(07)
[6]利用正交偏振切换抗偏振衰落和抑制偏振噪声[J]. 胡正良,蒋鹏,马丽娜,胡永明. 中国激光. 2016(09)
[7]基于激光衍射法的水下低频声源的深度探测[J]. 苏晓明,任耀,陈华,苗润才. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2016(05)
[8]基于微纳光纤全光相位调制器的PGC解调系统[J]. 于洋,张学亮,孙世林,宋章启,孟洲. 中国激光. 2016(07)
[9]Amplitude measurement of weak sinusoidal water surface acoustic wave using laser interferometer[J]. 张烈山,张晓琳,唐文彦. Chinese Optics Letters. 2015(09)
[10]基于小波脊的水表面声波激光干涉探测[J]. 张烈山,张晓琳,唐文彦,邹斌. 光电子·激光. 2015(01)
本文编号：3313727
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下声源引起水表面波模型
图 2-2 垂直入射下水表面对激光的散射作用的迈克尔逊激光干涉光路结构作为基础，迈示。激光器发出两路光束分别经参考光路、为：r r 0 0 rm m 0 0 m2sin( )2sin( )E A t LE A t L 激光器分光镜参考光路反射镜测0 0 r r rE A Lm m mE A LI (t )
图 2-4 干涉信号频谱 水下声源仿真信号如图 2-4 所示，这一结果与上述式（2-17）带 nωi的占据低频带，在中心频率附近存在 ωs±nωi的频谱带分布，在二倍频 2kHz 存在幅值更低的 2ωs±nωi频率分量，更分微弱已经不足以体现出来，这些结果与理论分析符合。实际的水表面来说，水面存在的扰动是一系列的低频波动相叠然满足以上关系，不同的是低频带的谱线更加密集且更加复杂在参考臂增加了高频载波的情况，其频谱无非就是增了载波的，与单个水下声源的零差干涉结果没有本质差别。因此上述的合实际水面扰动情况下的外差干涉信号。从以上的频谱分析来下声源信号，如果其频谱中高频分量能够与低频带相区分，可析的方法直接提取出水下声源的频率信息。但对于较为低频的水表面自然扰动产生的低频带相混叠，此时不再能够从频谱当这也是引入 PGC 的相位解调技术的原因之一。涉信号频谱带宽的贝塞尔函数解释
【参考文献】：
期刊论文
[1]相位解调实现低频水表面声波振幅探测[J]. 张晓琳,毛红杰,李凯,唐文彦. 红外与激光工程. 2019(05)
[2]干涉测量低频水下声源频率的改进算法[J]. 张晓琳,毛红杰,唐文彦. 光学精密工程. 2018(11)
[3]基于改进相位生成载波解调的水表面声波激光相干探测[J]. 张烈山,张晓琳,刘刚,李开琴,唐文彦. 中国激光. 2017(09)
[4]Detection of water surface capillary wave by analysis of turning-point local signal data using a laser interferometer[J]. 张烈山,张晓琳,唐文彦. Chinese Optics Letters. 2017(07)
[5]基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测[J]. 张晓琳,李开琴,刘刚,张烈山,唐文彦. 光子学报. 2017(07)
[6]利用正交偏振切换抗偏振衰落和抑制偏振噪声[J]. 胡正良,蒋鹏,马丽娜,胡永明. 中国激光. 2016(09)
[7]基于激光衍射法的水下低频声源的深度探测[J]. 苏晓明,任耀,陈华,苗润才. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2016(05)
[8]基于微纳光纤全光相位调制器的PGC解调系统[J]. 于洋,张学亮,孙世林,宋章启,孟洲. 中国激光. 2016(07)
[9]Amplitude measurement of weak sinusoidal water surface acoustic wave using laser interferometer[J]. 张烈山,张晓琳,唐文彦. Chinese Optics Letters. 2015(09)
[10]基于小波脊的水表面声波激光干涉探测[J]. 张烈山,张晓琳,唐文彦,邹斌. 光电子·激光. 2015(01)
本文编号：3313727
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