《基於雷射干涉的水下目標空中探測技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由張曉琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於雷射干涉的水下目標空中探測技術研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張曉琳
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水下目標的特徵提取及識別技術是未來海洋工程所要研究的主要技術之一。本項目旨在利用雷射干涉法從水表面聲波中提取出水下目標信息，為航空遙測潛艇等水下目標的探索奠定技術基礎，推動雷射-聲聯合探測技術的進一步發展。.目前，雷射-聲聯合探潛技術大多採用雷射通量法，即利用光電接收器件直接接收水面的反射光，是對光強信號的直接處理。本項目與以往研究不同，在反饋信號獲取方式上是一種全新的嘗試，提出了基於雷射干涉的水下目標空中探測方法。.簡而言之，當水下目標發聲時，將引起水表面波動。此時，空中發射一束探測雷射，照射波動水面，則水面的散射光中攜帶了水表面聲波信息。儘管散射光很微弱，但各個方向都有，令其與預先設定的參考光干涉，干涉信號中包含了水表面聲波信息。那么，通過數據採集和處理系統可以從在干涉信號中解調出水表面聲波信息，從而探測水下目標。
結題摘要
水下目標探測是海洋工程領域的重要問題之一，研究新的水下目標特徵提取和識別的理論及方法成為世界各國海洋科技博弈的熱點。本項目研究一種基於雷射都卜勒干涉的水下發聲目標空中探測技術，將雷射都卜勒干涉作為主要技術手段對水下聲源激勵的水表面聲波進行探測，獲取其頻率、振幅等信息，從這些信息中提取水下發聲目標特徵，為航空遙測潛艇等水下目標以及空中對潛通信等技術奠定基礎，推動“雷射-聲”聯合探潛技術的發展。 本項目的研究歷時3年，主要進行如下工作： 1、對雷射干涉探測水下發聲目標的相關理論問題進行了研究和探討。這些理論問題主要包括：水下聲源激勵產生水表面橫向微幅波（水表面聲波）的理論模型、雷射在水表面橫向微幅波區域的散射理論模型、雷射干涉探測水表面微幅波的數學描述。從水波動力學出發對水表面聲波形成機理進行了研究，指出水表面的波動分為水下聲源直接激勵的本振波動和本振波動邊界擾動產生的水表面橫向微幅波兩部分；利用相位衍射光柵的理論分析研究了雷射束在水表面橫向微幅波區域的散射問題，指出雷射束在水表面聲波的衍射光柵作用下形成了多條反射光束，其中0級反射光具有最大的光強；對雷射干涉法探測水表面聲波的過程進行了理論建模，分析了雷射干涉探測信號的頻譜特徵。 2、搭建了基於雷射干涉原理的水下發聲目標的探測系統，開發了相應的軟體處理平台，進行了水下目標探測試驗，驗證了探測系統的可行性。 3、對水下發聲目標的雷射干涉探測信號進行了研究分析，提出了一種基於小波脊的水下聲信號頻率的提取方法，實驗表明該方法能精確測定水下聲信號的頻率，其最大誤差不超過2Hz；在雷射干涉法探測水表面聲波理論分析的基礎上，提出了一種基於譜分析的水表面聲波振幅的計算方法。在軟體平台上開發了相應的算法，利用該算法對干涉信號進行處理得到了水表面聲波的振幅，其測量重複性（2σ）不大於2nm，為水下聲源的發聲強度及發聲位置二維坐標的測量奠定了基礎。 4、為了解決現有系統對發聲頻率的限制以及水表面橫向微幅波振幅多點探測問題，研究了一種基於全光纖雷射都卜勒干涉的探測方法，並對其進行了理論分析，將繼續推進水下目標雷射干涉探測的研究。
