光纤水听器研究进展

光纤水听器研究进展 光纤 水听器 研究进展 光纤水听器研究进展2011年03月28日星期一20:43来源:倪明张仁和胡永明孟洲 1引言 光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换成光信号，并通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。光纤水听器主要用于海洋声学环境中的声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的监测。它既可用于海洋、陆地石油天然气勘探，也可用于海洋、陆地地震波检测以及海洋环境检测，它又是现代海军反潜作战及水下兵器试验的先进检测手段。 光纤水听器与传统水听器相比，在未来的声纳系统中作为接收阵列显示了更大的吸引力。它可以将大量单元的信号经由一单根光纤传输的大规模成阵的能力并具有水听器单元设计的灵活性。另外，它还具有灵敏度高，响应的带宽宽，单元及信号传输不受电磁干扰的影响等重要特点。 2研究进展 自从1977年美国海军实验室的Bucaro等人发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 光纤水听器的首篇 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 DI以来，该技术已经从基础研究发展到了考虑作为未来可用的声纳系统，如此迅速的发展被它明显的军事应用所推动，而且受到光纤通信推动的光纤技术革新的有力支持。 世界上最早的大规模光纤传感器研究计划即70年代中期由美国海军研究实验室开始执行的光纤传感器系统计划[21(FOSS)，其最主要研究内容即为光纤水听器。光纤水听器的第一次海上试验是美国为海军流动噪声驳船(MONOB)系统的噪声监测装置首次开发的塑料芯轴光纤水 听器，并于1983年7月部署在巴哈马群岛。1983年一1986年期间，美国海军实验室进行了多次拖曳光纤水听器阵列的海上试验，包括芯轴型和被覆型光纤水听器，显出了光纤水听器用于拖曳阵列的强大生命力，并直接导致了美海军水下系统中心和海军实验室联合进行的全光拖曳阵列(AllOpticTowedArray) 计划。由Gould公司海事系统分公司为美海上系统司令部研制的全光拖曳阵列于1988年进行了海上试验，并取得了很大成功。同年美海军实验室制订了潜艇用"光纤水听器系统标准"。1990年6月，Litton制导与控制公司研制的芯轴型迈克尔逊干涉仪结构的光纤水听器首次在668级攻击潜艇上进行演示试验。 1996年美国海军研究实验室提出全光可展开系统概念[31(All-OpticalDeployableSystem,AODS)，该系统采用时分波分复合复用，可拓展至256单元，应用于舰船拖曳或岸基检测，距离可达100公里。按此设计，19%年5月美国海军实验室进行32基元的海上演示试验。 1998年英国的防卫研究局开展基于光纤喇曼光栅的光纤水听器研究，系统采用波分复用技术及光纤放大器，设计目标为极细光纤水听器拖曳阵列[41，并在1998年与受荷兰皇家海军支持的应用物理研究所联合进行了32基元5公里传输时分复用光纤水听器阵列的系统设计与海上演示试验。 2000年美国利通资源勘探仪器公司与英国防卫研究局开发成功一套海洋陆地钻孔成像系统[51，其核心为%基元8公里传输全光光纤水听器系统，系统用于勘探地下石油或天然气储备。1985年日本海洋声学学会开始了光纤水听器的调研与开发研究，1992年日本冲电气电子公司 开发出原理样机，并在Suruga海湾的"冲电气海洋技术II"(OkiSeatech11) 进行了第一次海试[6],1995年原理样机长期稳定性技术改造完成，系统进一步采用时分复用技术，随后完成了船基地震传感器系统的布放，以进行长期水下监视。在此基础上，日本冲电气公司2002年提出 了由光纤水听器以及其它光纤水下传感器构成的基于光电子的水下传感器网络的概念，并指出它将引导一场革命，一场向大规模全光光电子传感器网络方向发展的革命。 法国、意大利与挪威合作执行全光纤光学水听器线阵计划(AFOHLA)，该计划作为欧洲长期防卫联盟(EUCLID)项目的一部分，计划的主要目的是发展一个32基元静态光纤水听器阵列的技术演示系统，并于2000年测试了4基元光纤水听器的频率响应、串扰、噪声本底以及响应的方向性等指标，之后在2002年进行了32单元1公里传输海上演示试验[7l，试验表明系统光及电噪声低于零 海况(DSSO)15dB。系统采用时分复用 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，并计划进行波分复用技术的开发，以满足将来的拖曳阵列的应用。 美国海军研究实验室与英国防卫局联合进行光纤水听器海底固定阵列的研制，在完成系统设计、传感器设计、阵列机械设计、阵列构造及阵列声侧试的基础上，于2002年在美国水声特遣部队与美国海军水下战中心(NUWC)进行了原型测试[81测试系统含16元光纤水听器，水听器平均灵敏度高达一127.5dB(0dB=1rad/μPa)，在工作带宽20Hz-1000Hz内灵敏度响应起伏小于士0.2dB，当水听器工作在375米水深时，灵敏度下降0.7dB。该原型用于验证采用光纤放大器的时分及密集波分复用(TDM/DWDM)全光光纤水听器系统的可行性，下一步计划构建一个多节点(Node)海底系统，每节点阵元数在3264之间，节点间距3-10公里，数据链接50公里。 2001年7月美国海军在完成系统测试与评价以后与利通公司签订远程供电全光固定分布式系统(RPFDS-C)开发合同，合同金额900万美元，合同于2003年6月完成。系统将采用全光湿端光纤水听器系统，信号传感及传输皆基于光纤技术，在降低成本的同时提高系统可靠性并改善战地指标[91. 我国在"七五"就开始了光纤水听器研究，并在"八五"、"九五"、"十五"列为国家预研计划。我们在完成光纤水听器实验室测试、湖试以后，于2002年8月进行了我国首次大规模光纤水听器阵列的海上试验，试验参加单位有中科院声学所、国防科大、西安石油勘探仪器总 厂以及天津大港油田集团地球物探公司，试验主要目的是验证光纤水听器应用于海洋石油勘探及水声物理研究的可行性。 3关键技术 光纤水听器的关键技术涉及:光源、关键光纤器件、探头技术、抗偏振衰落技术、抗相位衰落技术、信号处理技术、多路复用技术以及工程技术等。 3.1光源 下面是在实际光纤水听器系统中采用过的光源:(1)He-Ne激光光源，波长6328nm;(2)分布式反馈(DFB)激光二极管，波长1310nm;(3)Nd:YAG固体激光器， 波长1319mn;(4)半导体激光二极管，波长810-850nm;(5)半导体激光二极管，波长1550nmo 3.2光纤器件 光纤器件受光纤通信技术的推动而迅速发展，决定未来光纤水听器系统将处于不断的变革中。决定光纤水听器发展的关键光纤器件主要有:(1)光纤隔离器、环路器及光开关;(2)光纤放大器(EDFA);(3)波分(WDM)及密集波分(DWDM)波分器与波合器;(4)光纤喇曼光栅;(5)光纤祸合器及连接器;(6)保偏光纤及保偏光纤偏振器;(7)光电探测器及阵列。 3.3单元技术 探头设计与制造将决定探头的灵敏度、抗加速度灵敏度、响应的方向性、响应的一致性、耐静水压能力，探头设计对工艺的要求将决定探头的 尺寸 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 、探头的稳定性以及是否适于成阵。无疑探头技术是光纤水听器的关键技术之一。 3.4抗偏振衰落技术 抗偏振衰落的主要技术有:(I)光路全保偏方案;(2)偏振分集接收;(3)输入偏振态控制;(4)偏振态调制;(5)Faraday旋镜法;(6)偏振切换。 3.5信号检测技术 光纤水听器拾取声信号为载波信号，检测信号灵敏度与工作点有关，信号随外界环境的变化出现随机消隐，为实现信号的稳定检测，主要的技术有:(1)有源零差;(2)闭环控制工作点;(3)锁相检测;(4)3X3祸合器多相检测:(5)远程匹配零差;(6)PGC调制解调技术。 3.6多路复用技术 一般来讲，光纤水听器阵列的多路复用技术方案可以分成下面几大类:(1)空分复用?(SDM);(2)时分复用(TDM);(3)频分复用(FDM);(4)波分复用(WDM);(5)相干复用(CM; (6)混合复用。 光纤水听器的关键技术还包括系统设计、工程制造技术及信号处理技术。 4未来展望