光纖水聽器陣列

光纖水聽器簡介

光纖水聽器是一種建立在光纖、光電子技術基礎上的水下聲信號傳感器。它通過高靈敏度的光學相干檢測，將水聲振動轉換成光信號，通過光纖傳至信號處理系統(tǒng)提取聲信號信息。它具有靈敏度高、頻響特性好等特點。采用光纖做信息載體，適宜遠距離大范圍監(jiān)測。光纖水聽器主要用于海洋聲學環(huán)境中的聲傳播特性、噪聲、混響、海底聲學特性、目標聲學特性等的研究，是現代反潛、水下兵器試驗、海洋石油勘探和海洋地質調查的探測手段。

光纖水聽器基本結構

目前，干涉型光纖水聽器技術成熟，其基本原理：由激光器發(fā)出的激光經光纖耦合器分為兩路，一路構成光纖干涉儀的信號臂，接受聲波的調制，另一路則構成參考臂，不接受聲波的調制，或者接受聲波的調制與信號的調制相反。接受聲波調制的光信號經后端反射膜反射后返回光纖耦合器，發(fā)生干涉，干涉的光信號被光電探測器轉換為電信號，經信號處理獲取聲波的信息。

光纖水聽器的核心優(yōu)勢

01：靈敏度高，頻響特性好

光纖水聽器采用光學原理探測水聲信號，靈敏度高。由于其自噪聲低的特性決定了其可檢測的最小信號比傳統(tǒng)壓電水聽器要低2～3個數量級，這使弱信號探測成為可能。

02：適于遠距離傳輸與組陣

光纖傳輸損耗小，適于遠距離傳輸。光纖水聽器采用空分、波分和時分等技術進行多路復用，適于制造大規(guī)模水聲探測陣列。水聽器數目越多，光纖水聽器系統(tǒng)的性價比優(yōu)勢越明顯。

03：動態(tài)范圍大

光纖水聽器的動態(tài)范圍可以達到120～140dB。這使得光纖水聽器既可以探測弱信號，也可以探測強信號。

04：抗電磁干擾與信號串擾能力強

光纖水聽器信號傳感與傳輸均以光為載體，幾百兆赫以下的電磁干擾影響非常小，各通道信號串擾也十分小。

05：信號傳感與傳輸一體化，提高系統(tǒng)可靠性

激光由光源發(fā)出，經光纖傳輸至光纖水聽器，并在獲取聲信號后再經光纖傳回到岸上或船上的信號處理設備，水下無需供電。另外，光纖對水密性要求低，耐高溫、抗腐蝕，這些都將大大提高系統(tǒng)的可靠性。

06：工程應用條件降低

采用全光光纖水聽器的聲吶系統(tǒng)，探測陣及傳輸纜體積小重量輕，易于收放，特別對拖曳陣列，由于工程應用條件的降低而使許多復雜的安裝使用問題得以解決。

光纖水聽器陣列探測系統(tǒng)

北京神州普惠公司研制的光纖水聽器陣列探測系統(tǒng)以光纖光電技術為核心，結合濕端大規(guī)模陣列集成技術和干端海量數據高速采集、存儲、處理技術，可廣泛應用于水聲探測、水聲測試分析、海洋安防、海洋石油勘探和海洋地質調查、海洋環(huán)境觀測監(jiān)測等領域。

大規(guī)模光纖水聽器陣列探測系統(tǒng)由光纖水聽器陣列、光源光調制放大系統(tǒng)、光電信號處理系統(tǒng)、水聲信號處理系統(tǒng)、綜合信息存儲顯控系統(tǒng)等部分組成。其中，光纖水聽器陣列為濕端設備，光源光調制放大系統(tǒng)、光電信號處理系統(tǒng)、水聲信號處理系統(tǒng)、綜合信息存儲顯控系統(tǒng)為干端設備。

　　1、光纖水聽器陣列

　　光纖水聽器陣列是把光纖水聽器復接成陣列，完成聲場信號的采集，獲得目標的詳細信息，實現對水下目標的定位。采用模塊化設計及多路復用技術，實現用較少的組件形成分布式光纖水聽器陣列，降低維護的復雜程度。光纖水聽器陣列根據使用需要可分為拖曳陣、測噪系統(tǒng)、岸基陣、舷側陣等。

　　2、光源光調制放大系統(tǒng)

　　光源光調制放大系統(tǒng)用于產生光纖水聽器陣列探測所需的光脈沖信號。光源光調制放大系統(tǒng)由高相干光纖激光器、多波長WDM合波器、連續(xù)光功率放大器、脈沖光功率放大器和高精度、低噪聲電源模塊組成。

　　3、光電信號處理系統(tǒng)

　　光電信號處理系統(tǒng)用于接收光纖水聽器陣列探測信號，通過光電轉換采樣、時分復用解調轉成數字信號，輸出給水聲信號處理機和終端設備。配備高速數據接口輸出，便于外部系統(tǒng)連接與大系統(tǒng)聯網運行；支持大容量存儲硬盤陣列，具有海量數據存儲能力。

　　4、水聲信號處理系統(tǒng)

　　水聲信號處理系統(tǒng)提供的水聲目標探測與目標分類識別功能，通過DSP與GPU等高速并行處理技術實現大容量數據的實時在線處理。

大規(guī)模光纖水聽器陣列系統(tǒng)的應用

　　1、光纖水聽器拖曳陣列系統(tǒng)

　　光纖水聽器拖曳陣列系統(tǒng)由光纖水聽器陣列、拖纜、絞車及干端處理設備組成。光纖水聽器陣列系統(tǒng)可以通過拖纜拖曳在平臺后方，探測水下目標的聲信號，進行目標的探測。拖曳平臺包括潛艇、水面船、UUV等。光纖水聽器拖曳陣列系統(tǒng)可以為單線陣系統(tǒng)也可以多條線陣同時拖曳。多線陣系統(tǒng)具有更遠的探測能力，同時具備左右舷分辨能力。光纖水聽器拖曳陣列基元數可以根據探測需要進行定制，常用系統(tǒng)有128基元、192基元、256基元、512基元、1024基元等。

　　2、光纖水聽器陣列被動警戒系統(tǒng)

　　目前我國的水下區(qū)域安保環(huán)節(jié)薄弱，對水下蛙人、機器人以及小型水下運載器等目標的探測手段缺乏。為實現重要港口、島礁的水下警戒，保障重要設施安全，需要構建聲、光、電、磁相結合的立體防御網。光纖水聽器陣列被動警戒系統(tǒng)能夠探測水下運動目標輻射噪聲，是實現水下警戒有效的技術手段，布放方便、可行性高，在重要的港口可以布放折線型多線陣或隨機分布的面陣，實現水下目標與水面目標的監(jiān)測，同時還可布放在島礁周圍用于安防警戒。

　3、輻射噪聲測量

　　基于光纖水聽器陣列的水聲測試分析系統(tǒng)可以滿足水下目標噪聲測試分析的需求。水聲測試分析系統(tǒng)是新一代噪聲振動測試分析系統(tǒng)，具有全面的分析功能，有多種產品可供選擇，并可提供靈活的服務，可以快速、準確地為客戶解決復雜、高難度的聲振系統(tǒng)和整體測試問題。

　　水聲測試分析系統(tǒng)不僅具備傳統(tǒng)的聲壓、聲強、振動測量等功能，更重要的是實現了基于近場聲全息和聲聚焦技術的振動噪聲的寬帶測量與綜合分析。水聲測試分析系統(tǒng)利用近場聲全息技術和聲聚焦技術，可以解決：復雜振動結構的噪聲源表面振動特性反演、噪聲源識別與定位、噪聲源特性分析與判別、輻射聲場的全空間重構；聲源遠場指向性預報；振動噪聲控制效果的測試與評價；聲學材料聲學特性的測試與評估等。