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    重庆时时彩表格手机版下载: 一种基于激光正交偏振干涉技术的水下声信号实时提取方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201511019792.8

    申请日:

    2015.12.29

    公开号:

    CN105606194A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01H 9/00申请日:20151229|||公开
    IPC分类号: G01H9/00 主分类号: G01H9/00
    申请人: 哈尔滨工业大学
    发明人: 张晓琳; 张烈山; 刘刚; 唐文彦
    地址: 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
    优先权:
    专利代理机构: 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 代理人: 牟永林
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201511019792.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.09.07|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种基于激光正交偏振干涉技术的水下声信号实时提取方法,本发明涉及基于激光正交偏振干涉技术的水下声信号实时提取方法。本发明是要解决现有方法缺乏机动性,很难满足水下大范围活动声源的探测,只能对水下声源的静态特性进行检测,无法实现水下声信号的实时提取。构建无源零差干涉仪系统;建立初始坐标系;激光器输出单频激光光束经准直透镜和起偏器后变成振动方向与X轴成45°的线偏振光,该线偏振光经偏振分光棱镜1后被分成两束振动方向垂直的偏振光,记为S光和P光;S光被偏振分光棱镜1反射作为参考光,P光作为探测光,光电探测器探测信号,采用解调方式得到探测信号的相位。本发明应用于水下信号领域。

    权利要求书

    1.一种基于激光正交偏振干涉技术的水下声信号实时提取方法,其特征在于它按以下
    步骤实现:
    一、构建无源零差干涉仪系统:
    无源零差干涉仪系统包括激光正交偏振干涉光路、探测信号处理电路和计算机终端;
    其中,所述激光正交偏振干涉光路包括激光器、准直透镜、起偏器、偏振分光棱镜1、偏
    振分光棱镜2、偏振分光棱镜3、非偏振分光镜、接收透镜、1/4波片1、1/4波片2、1/4波片3、1/
    2波片、光衰减片和反射镜;
    所述探测信号处理电路包括光电探测器1、光电探测器2、光电探测器3、光电探测器4、
    差分放大器1和差分放大器2;
    所述计算机终端包括数据采集??楹图扑慊?;
    二、建立初始坐标系:
    设X轴方向为平行纸面向右,Y轴方向为垂直纸面向外,Z轴则为平行纸面向下,激光光
    束沿着Z轴方向传输,起偏器和3枚1/4波片放置于X-Y平面内,其中起偏器的透光轴与X轴成
    45°,波片的快轴与X轴成45°;1/2波片放置在X-Y平面内,其快轴与X轴成22.5°;偏振分光棱
    镜和非偏振分光镜放置在X-Z平面内,分光面与X轴成45°,探测信号处理电路由光电探测
    器、差分放大器组成;
    三、激光器输出单频激光光束经准直透镜和起偏器后变成振动方向与X轴成45°的线偏
    振光,该线偏振光经偏振分光棱镜1后被分成两束振动方向垂直的偏振光,记为S光和P光;
    四、S光被偏振分光棱镜1反射作为参考光,参考光经45°放置的1/4波片1后变成圆偏振
    光,再经由光衰减片和反射镜返回穿透1/4波片又变成振动方向沿着X轴的P光,参考光回到
    偏振分光镜1后完全透射,进入1/2波片;
    五、P光作为探测光,它经过1/4波片2和接收透镜后出射到被探测的水域,接收透镜接
    收水面的反射光,该反射光再穿过1/4波片2后变为S光,S光回到偏振分光镜1后实现完全反
    射,进入1/2波片;
    六、参考光和探测光经过1/2波片后振动方向旋转了45°,然后被非偏振分光镜分为均
    匀的两束激光反射光束与透射光束:
    其中,所述反射光束被偏振分光镜2分解到同一振动方向,产生两束干涉光束,分别被
    光电探测器1和光电探测器2接收;
    其中,所述透射光束经过1/4波片3后,在快慢轴之间产生π/2相移,再过偏振分光镜3将
    测量光和参考光分解到同一振动方向,同样产生两束干涉光束,分别被光电探测器3和光电
    探测器4接收;
    七、设光电探测器1接收到的探测信号为f1,光电探测器2接收到的探测信号为f2,光电
    探测器3接收到的探测信号为f3,光电探测器4接收到的探测信号为f4;
    八、水表面的波动为:Ansin(2πfnt+φn)+Assin(2πfst+φs),它由两部分构成:自然水
    表面波动Ansin(2πfnt+φn)和水下声信号引起的水表面声波Assin(2πfst+φs);
    其中,An,fn和Фn分别为自然水表面波动的振幅、频率和初相位;As,fs和Фs分别为水下
    声信号引起的水表面声波的振幅、频率和初相位,t表示时间;
    根据光路原理分析得探测信号可由式(1)表示:
    f 1 = I 0 + I 0 cos { 2 k [ Δ L + A n sin ( 2 πf n t + φ n ) + A s sin ( 2 πf s t + φ s ) ] } f 2 = I 0 - I 0 cos { 2 k [ Δ L + A n sin ( 2 πf n t + φ n ) + A s sin ( 2 πf s t + φ s ) ] } f 3 = I 0 + I 0 sin { 2 k [ Δ L + A n sin ( 2 πf n t + φ n ) + A s sin ( 2 πf s t + φ s ) ] } f 4 = I 0 - I 0 sin { 2 k [ Δ L + A n sin ( 2 πf n t + φ n ) + A s sin ( 2 πf s t + φ s ) ] } - - - ( 1 ) ]]>
    式中I0为直流增益大小,ΔL为参考光路与探测光路在水面绝对静止时的初始光程差,k
    为激光的波数,k=2π/λ,λ为激光波长;
    探测信号f1和f4输入到差分放大器1的两个输入端,探测信号f2和f3输入到差分放大器2
    的两个输入端,探测信号f1和f4经差分放大后输出信号fI被数据采集??椴杉笏腿肷衔?br />机,探测信号f2和f3经差分放大后输出信号fQ也被数据采集??椴杉笏腿肷衔换?;
    那么信号fI和信号fQ由下式表示:
    f I = K c o s { 2 k [ Δ L + A n s i n ( 2 πf n t + φ n ) + A s s i n ( 2 πf s t + φ s ) ] } f Q = K s i n { 2 k [ Δ L + A n s i n ( 2 πf n t + φ n ) + A s s i n ( 2 πf s t + φ s ) ] } - - - ( 2 ) ]]>
    式中,K为放大器增益;
    九、采用解调方式得到探测信号的相位,即完成了一种基于激光正交偏振干涉技术的
    水下声信号实时提取方法。
    2.根据权利要求1所述的一种基于激光正交偏振干涉技术的水下声信号实时提取方
    法,其特征在于步骤三中所述S光的振动方向沿着Y轴,P光的振动方向沿着X轴。
    3.根据权利要求1或2所述的一种基于激光正交偏振干涉技术的水下声信号实时提取
    方法,其特征在于步骤九采用解调方式得到探测信号的相位具体为:
    (一)采用DCM解调流程:两路正交信号fI与fQ具有相同相位,两路信号的相位记为
    那么两路正交信号fI与fQ经过微分和交叉相乘后得到两路可表示为:和

    (二)两路微分交叉相乘得到的信号再做差分放大以及积分运算,得到与探测信号相位
    成正比一个信号,比例系数为K2,或两路正交探测信号fI与fQ经平方相加运算可得到前
    述的比例系数K2;
    (三)将前面经过微分交叉相乘再做差分放大后得到的信号除以比例系数K2;
    (四)经过高通滤波滤除探测信号相位的0频率项2kΔL以及低频的自然水表面波动项
    2kAnsin(2πfnt+φn),得到水表面声波信号KsAssin(2πfst+φs),即一个声压与水下声信
    号成正比例的声信号,实现了水下声信号的实时解调;其中,Ks表示经过高通滤波后的相位
    解调信号的增益系数。

    关 键 词:
    一种 基于 激光 正交 偏振 干涉 技术 水下 信号 实时 提取 方法
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