水中運動目標聲光尾流探測方法研究

《水中運動目標聲光尾流探測方法研究》是依託西安電子科技大學，由劉繼芳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水中運動目標聲光尾流探測方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉繼芳
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

尾流光電探測是水中目標探測和跟蹤的前沿課題之一，針對水中運動目標光尾流探測僅能判斷尾流是否存在、傳統聲探測方法隨著隱身技術的採用逐漸失去優勢這一技術現狀，本項目提出一種水中運動目標聲光探測尾流新方法。採用水聲換能器在水中產生體相位光柵，利用體光柵衍射效應在獲得最大尾流散射光信號的同時有效降低光束傳播時後向散射的影響；採用相干接收，通過測量尾流中氣泡、湍流等散射體光學都卜勒頻移譜實現對水中運動目標尾流的氣泡空間分布、湍流流速分布和尾流斷面形狀的檢測。根據尾流中氣泡、湍流的分布特徵與運動目標距離、速度和噸位等之間的關係，從而獲取水中運動目標的這些相關參數，為聲光尾流探測的套用奠定理論和實驗基礎。

結題摘要

尾流光電探測是水中目標探測和跟蹤的前沿課題之一，針對水中運動目標光尾流探測僅能判斷尾流是否存在、傳統聲探測方法隨著隱身技術的採用逐漸失去優勢這一技術現狀，本項目提出水中運動目標聲尾流及氣泡尾流光學探測方法的研究。對水中運動目標尾流聲波場及尾流氣泡相干光學探測方法開展了相關理論與實驗研究。 在理論研究方面，利用蒙特卡洛（Monte Carlo）方法建立了尾流氣泡群後向散射都卜勒頻移理論模型，理論研究了尾流氣泡群的特徵與後向散射雷射都卜勒頻移信號特徵之間的關係。重點分析了氣泡數密度和氣泡群速度分布對後向散射光信號都卜勒頻移譜特性的影響。提出以後向散射光頻譜寬度、截止頻率等特徵參量檢測作為艦船尾流識別的新方法。此外還建立了理想聲尾流、氣泡尾流模型，對聲波場作用下尾流中微粒、氣泡的運動特性進行分析，研究了聲波的頻率、強度對尾流中氣泡和微粒的運動狀態的影響。 在實驗方面，建立了差動相干探測實驗系統，利用差動雷射都卜勒探測法，研究了能夠探測尾流中氣泡和湍流分布的光學診斷方法。實驗研究了模擬尾流場中運動氣泡及湍流的後向散射光的都卜勒頻移譜特性，獲得了模擬尾流場的流速，測量值與實際流速誤差小於1.5％。建立了零差相干探測實驗系統，實驗研究了模擬尾流場中運動氣泡及湍流的後向散射光的都卜勒頻移譜特性，獲得了模擬尾流場中氣泡速度分布。研究了低頻聲場作用下尾流散射光的頻率偏移、能量變化規律及散射光特性隨噪聲波形/頻率/幅值的變化規律，其結果與理論分析相一致。從理論和實驗上證明了利用外差相干探測技術實現對聲尾流和氣泡尾流探測的可行性。