论文摘要
随着对海洋研究的日益深入,甚低频段（≤10Hz）微弱水声信号探测的实现对于我国军事、国防等方面具有重大意义。本文所研究的超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器系统具有复用规模大、可探测距离远、阵列缆径细、灵敏度高、成本低等优势,是目前水下探测的主要手段与重点发展方向。通过结合经典算法的优点,提出了一种用于分析甚低频微弱水声信号的有源反正切解调算法,实现了2-3000Hz宽频带内不同位置水声信号的同时探测。本课题主要研究内容如下:（1）以Fizeau干涉结构原理和光纤光栅理论为基础,介绍了超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列系统的光路,对系统传感原理、光路中器件的选择与参数设置进行了理论分析与公式推导。（2）对现有的5种经典相位解调算法:3×3耦合器解调中NRL、NPS算法,反正切算法,PGC解调中的PGC-DCM、PGC-Arctan算法的原理进行介绍,通过仿真实验分析了其优缺点。在此基础上,提出了一种有源反正切解调算法,仿真与实验结果均表明该算法可以消除光强变化和系统初始相位的随机扰动和对解调结果的影响,可用于甚低频段微弱水声信号的探测。（3）通过搭建硬件光路对超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列系统进行实验研究。首先利用发声换能器实现了500-3000Hz频带内微弱水声信号的测量,且测试结果具有较好的线性性。其次为了探测甚低频段水声信号,随机选取长度为1km的超弱光纤光栅阵列中4个相邻的超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器,利用振动液柱法进行实验并将测试结果与标准水听器解调结果进行对比。实验结果表明,本系统能够实现2-2000Hz宽频带内不同位置水声信号幅值、频率、相位的同时测量,在信号为10 Hz时信噪比为43.785dB,系统的灵敏度为2755.49（μpa/√Hz）。系统的相位声压灵敏度随着传感器腔长的增加而增加且具有很好的稳定性,在甚低频段响应良好,当传感器腔长为200 m时,频率为2 Hz的水声信号的相位声压灵敏度可达-135.81dB（re rad/μpa）。本文所研究的超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列系统基于提出的有源反正切算法实现了2-3000Hz宽频带内微弱水声信号的高灵敏度探测,且理论传感距离可达5km。因此系统在水下精准定位、甚低频声学探测、深海监测等方面具有广阔的应用前景。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 徐倩楠
导师: 周次明
关键词: 干涉,光纤光栅,水听器,有源反正切算法,甚低频
来源: 武汉理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技
专业: 物理学,物理学,工业通用技术及设备,无线电电子学
单位: 武汉理工大学
分类号: TB565.1;TN253
DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000287
总页数: 102
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