激光致声水中辐射声场的方向性研究

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激光_声联合探测中水表面声波检测方法进展

第3期第35卷第3期2016年6月海洋技术学报JOURNAL OF OCEAN TECHNOLOGYVol.35，No.3Jun ，2016收稿日期：２０１５－０９－２４基金项目：山东省自然科学基金资助项目（ＺＲ２０１３ＤＭ０１３，ＺＲ２０１２ＤＬ１４）；国家自然科学基金资助项目（６１２０１０９７，６１４０５１０６）；山东省攀登计划资助项目作者简介：陈世哲（１９７５－），男，博士，研究员，主要从事光电信息检测技术、海洋浮标监测技术等方面的研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｓｈｉｚｈｅ１９７５＠１６３．ｃｏｍdoi:10.3969/j.issn.1003-2029.2016.03.001随着我国“建设海洋强国”、“一带一路”战略的实施，海洋在我国经济发展、安全防御、能源开发等多个领域的作用越来越重要。

激光—声联合探测技术是海洋环境下空基—水下通信、水下目标探测及海洋监测等领域的新兴技术，对我国新型高端海洋装备制造、深远海探测与安保等多个领域具有重要作用[1-2]。

激光—声联合探测技术是指由空基设备发射一束激光到空气—水界面上，通过检测水下声源引起的水表面的振动波形特征，进而获得水下声场特征信息的技术[3]。

与传统的船载声纳技术相比，激光—声联合探测技术无需将探测器置于水中，减少了对信息交换场所的限制，可实现大区域水下目标快速探测[4]。

同时，鉴于激光—声联合探测技术可实现空中设备与水下目标之间的实时、宽带远距离通信等方面的优势，一直是研究的热点。

本文系统阐述了激光—声联合探测技术，并综合国内外的相关成果对其中的核心共性关键技术之一———水表面波检测，进行系统分析，给出其发展趋势，为我国在该领域的发展提供有效参考。

１激光—声联合探测技术概述早在1960年左右，美国海军利用蓝绿激光在清澈大洋中传播距离远的特性，曾对蓝绿激光探潜技术进行过大量的研究，不过在近岸的混浊海水中，其衰减仍然比较严重，探测深度大大减小，这极大地限制了其应用范围[5]。

水下多声源激光相干探测信号的解调技术研究

水下多声源激光相干探测信号的解调技术研究水下目标探测在海洋防务和海洋工程领域备受关注。

实现水下声场的探测是突破水下目标识别、定位、跟踪等难题的基础。

目前用于水下目标探测的方法众多,其中“激光-声”联合探测属于一种前沿基础研究方法,作者所在实验室从2008年开始便致力于“激光-声”联合探测水下声目标的研究,并取得了一系列的阶段性成果。

但是关于探测信号频谱混叠情况下的多声源准确探测一直是技术瓶颈。

因为当水下存在多个声源,且各声源频率接近时,激光相干探测信号的频谱将混叠在一起,无法直观的判断出声源的个数,也无法利用传统的方法直接获取水下各声源发声频率。

本文的研究目的就是解调出水下多个频率接近的声源发声频率。

围绕这一主题,本文主要从以下几个方面展开研究:建立了水下多声源频率解调的理论模型,并进行了仿真验证。

分析水下目标辐射噪声的特性、噪声在水介质中传播时的衰减特性以及噪声传至水表面形成水表面声波的原理。

着重探讨水下存在多个声源,且探测信号频谱混叠在一起时的频率解调方法,提出一种基于Hilbert变换的水下多声源频率解调方法,推导出水下多声源探测信号经处理后的具体数学表达式,并仿真验证解调方法的正确性和可行性。

研究实测水下多源声信号频率提取的频率解调实现。

根据理论模型的推导和实际探测实验的分析,以MATLAB为平台,研究实测信号的解调算法实现。

结合五点三次平滑滤波方法对探测信号进行预处理,使得自然水表面波动引起的频带对信号解调的影响降到最低。

借助小波包分解与重构的方法将有用信号频带从干涉信号中剥离出来。

通过对信号Hilbert变换及模值计算和平滑滤波等处理使得原来混叠在一起的多个频带得以分离,最后通过频带中心值搜索计算获取水下多个声源的发声频率。

设计并在光学暗室下搭建一套水下多声源解调系统。

根据本课题探测信号的特征,结合实际探测技术要求,设计一套水下多声源解调系统,根据实际探测需求对一些关键器件进行分析和选择。

激光在液体中的声效应研究

第36卷　第8期激光与红外Vol.36,No.8　2006年8月 LASER　&　I N FRARE D August,2006 文章编号:100125078(2006)0820623204激光在液体中的声效应研究陈清明1,2,程祖海1(1.华中科技大学光电国家实验室,湖北武汉430074; 2.武汉理工大学理学院,湖北武汉430070)摘　要:以研究液体中激光声波的特点与应用为目的,从理论上分析脉冲激光在液体中产生的声波的波阵面、光声脉冲波形的特点,并用实验的方法观察脉冲CO2激光光声脉冲的波形、频谱特性及光击穿现象。

结果表明光声波的波阵面与吸收激光能量的媒质的形状有关;光声波的波形随激发机制而变化;CO2脉冲激光在水中通过热膨胀机制激发的声波能量主要分布在100kHz以下,光击穿时水面可以观察到微爆炸和亮光现象。

可以通过液体中光声效应现象和光声信号波形的变化判断其激发机制,并确定液体的汽化与光击穿阈值,控制激发过程以获得确定特性的光声信号。

关键词:光声效应;激发机制;光声信号波形;光声信号频谱;光击穿现象中图分类号:O437 文献标识码:AResearch of Laser Acousti c Effect i n L i qui dCHEN Q ing2m ing1,2,CHENG Zu2hai1(1.Nati onal Laborat ory f or op t oelectr onics,Huazhong University of Science and Technol ogy,W uhan430074;2.School of Science,W uhan University of Science and Technol ogy,W uhan430070,China)Abstract:To get the characteristics and app licati ons of laser acoustic effect in liquid,the shape of the wave fr ont andwavefor m were analyzed theoretically,and laser acoustic effect induced by pulsed C O2laser was acquired experi m en2tally.The results showed that acoustic wave fr ont was decided by the shape of the mediu m abs orbed the laser energy;the wavef or m of the laser acoustics changed with the exciting mechanis m;frequency s pectru m of acoustic wave in2duced by CO2laser in water showed that acoustic energy distributed under100kHz mainly,and lighting and m icr o2ex2p l oding were observed when op tics breakdown t ook p lace.I n conclusi on,exciting mechanis m s of s ound and thresholdsof liquid could be judged fr om the experi m ental phenomenon;s pecified laser acoustic signal could be gotten by con2tr olling the exciting p r ocess and conditi on.Key words:phot oacoustic effect;exciting mechanis m;wavef or m of laser acoustics;frequency s pectru m of laser a2coustics;op tics breakdown1　引　言强度调制或脉冲激光投射到媒质中,媒质吸收激光能量而激发出声波的效应称为光声效应。

水下光击穿所激发的声场的方向特性

水下光击穿所激发的声场的方向特性
水下光击穿所激发的声场的方向特性：
1、定义
水下光击穿是一种光击穿技术，利用击穿瞬间产生的热特性来刺激水里的空气泡，从而激发声场的方向特性。

通常，当有光源击射在水下时，空气泡会形成并产生声波，形成声压波并向四周扩散。

2、特点
水下光击穿激发的声场的方向特性主要取决于空气泡的形成方式，空气泡的大小以及空气泡对外界声波的反射效率。

特别是当光能量被用在聚焦空间里时，空气泡就会形成一个群体，而空气泡越多，反射声波就会越强，从而使整个声场的方向特性变得更为明显。

此外，水下光击穿激发的声场还可以根据水深、击穿瞬间产生的热量等因素来改变其方向特性。

如果水深较大，则反射出的声波将会更加具有方向性，而当击穿瞬间产生的热量增大时，则空气泡的群体数量会增加，从而使反射声波也随之增强。

3、应用
水下光击穿激发的声场的方向特性可用于各种应用场合，比如舰船跟踪、水下空域监视、海底地形探测以及海底探索等等。

例如，在舰船跟踪上，可以利用水下光击穿技术改善舰船定位精度，而在水下空域侦查中，则可以利用水下光击穿技术加强声场定位和检测范围，以形成可靠的海底空域图像。

此外，水下光击穿技术还可用于海底地形探测、海底探索等军事调查或商业调查。

总体而言，水下光击穿激发的声场的方向特性取决于击穿瞬间产生的热量、空气泡的形成方式以及空气泡对声波反射效率等因素，可用于各种应用场合，通过改变与之相关的参数，来调节水下光击穿激发的声场的方向特性，从而有效解决实际应用中棘手难题。

利用激光技术探测水下目标的基本想法

激光窃听技术在水声信号检测中的研究一．研究目的如何进行有效的水下声信号检测与处理一直以来都是各国研究的重点，当前使用的水下声信号检测与处理设备大多利用布放水中的水声换能器来进行检测，再利用后续信号处理电路进行处理，对于大范围的舰载/机载扫描检测多有不便。

迄今为止,已经投入使用或正在研制的很多水中目标探测设备的接收换能器往往都置于水中，换能器置于水中,就大大限制了水下目标探测设备的数据获取速率及探测的机动性。

我们都知道声波在水中的传播是最好的,而激光在空气中能很好地传播,如果我们在空中利用激光来检测水中声波,使两种物理场在水面处结合起来,就会形成较强的技术优势。

激光窃听器技术给了我们最初的启示，利用激光窃听技术实现对水中声源声信号探测使我们研究的方向。

激光水声探测技术可远距离、非接触地在空中平台上测量水表面的振动速度,进而获得水下声场振动频率,从而得到水下目标的声信号。

它在未来的海洋探测中具有巨大的应用前景。

二．研究内容现在国外已经成功研究出了激光窃听技术，其主要利用激光照射到目标玻璃、墙壁以及天花板等介质，所产生的反射及散射光经接收后进行相关处理，便可还原所窃听目标的声信息。

激光窃听，就是利用激光具有极好的相干性、方向性等特性，用一束极细的红外激光（红外激光不易被发现），射到被窃听房间的物体表面时，只要该物体自身具有极微弱的振动，它就会对被反射的激光产生出足以能进行探测的变化。

若用一束激光对准窗玻璃进行照射，其中的一部分将会穿过玻璃而另一部分则会被反射回来。

如果这时的玻璃因受到室内人讲话声波的作用而有微小的振动，那末被反射的激光也必定会受到这种振动的调制。

只要将其接收并进行解调，就可以得到与室内人说话声音相同的波形，从而窃听到室内的讲话内容。

这就是激光窃听器的工作原理。

将光学测量与水下声波探测技术结合起来，设计一个利用激光对声信号进行探测的系统，通过检测经水面位移幅度调制后的单模连续激光的反射光信号，检测引起水面振动的水下声信号。

激光致声下行水下声通信的研究

摘要摘要激光致声作为产生水下声波的新方式，具有如频谱分布宽、距离分辨率高、海洋抗干扰能力强等诸多优点。

针对水下声通信特点，本文利用海气信道建立空海水声通信实验模型，将无线光通信与水声通信相结合，依据激光致声机理，研究激光脉冲能量与转换声能量关系，分析水下致声信号谱特征和传输特性，通过激光致声体制的光跳频通信技术，探讨一种以激光声实现空中-水下目标间的信息传输方法。

主要研究的内容如下：从理论上分析了激光致声的三种转换机制，给出不同机制下激光声的数学模型，同时分析了激光声的强度、频谱及指向性，并对激光致声原理及应用技术进行描述。

对大气信道不同波长激光传输特性，水声信道信号传输特性和影响信号传输的诸多因素进行分析，为系统设计和实验提供参考依据。

采用波长1.06µm的Nd:YAG调Q型脉冲激光器、高灵敏度压电水听器建立下行空海水声通信系统室内测试平台，对激光调制、光声信号转换、声信号解调等关键技术进行研究。

对采集的水声信号进行波形时域和频域分析，针对激光声时域特点，提出用于激光声通信平台的基频可调ASK通信帧结构及激光跳频通信方法，完成了用于验证系统的各部分软硬件设计，实现激光致声水下声信号传输实验。

实验测试结果显示，利用激光致声实现的空中-水下目标间的通信方式波形稳定性和通信实时性较好，可满足数字信息的实时有效传送。

空海信道下的激光声通信具有较强的技术优势，是海洋通信的一种新途径。

关键词：水声通信；激光致声；基频可调；激光跳频；下行传输。

ABSTRACTABSTRACTAs a new way of creating the underwater acoustic,laser acoustic has many advantages such as broad spectrum distribution,high range resolution,strong ocean anti-jamming capability.According to the characteristics of underwater acoustic communication,air-sea chanel based underwater acoustic communication experimental model,which combinins the wireless optical communication and the underwater acoustic communication,is established in this paper.Based on the mechanism of laser acoustic,the relationship between the laser pulse energy and the converted acoustic energy is been researched,and the spectrum characteristics and transmission characteristics of underwater acoustic signal is been analyzed.By the laser frequency hopping communication technology based on laser acoustic system,the paper realizes a information transmission method between the air and underwater targets.The major work has been done as follows:The paper theoretically analyses the three kinds of laser acoustic transformation mechanism,gives mathematical model of the laser acoustic under different mechanisms, meanwhile analyses the laser acoustic intensity,spectrum and directivity.Besides,the principle and application of laser acoustic technology is described.Transmission characteristics of different wavelength laser in atmospheric channel and the relationship between transmission attenuation and frequency of acoustic signal in underwater channel is analyzed,which provides reference basis for system design and experiment.The downlink air-sea underwater acoustic communication system indoor test platform is developed by using1.06µm Q switched Nd:YAG pulse laser and high sensitivity of piezoelectric hydrophone.The platform is used for study of those key technologies such as laser modulation technology,photoacoustic signal and acoustic signal demodulation. Considerd the waveform analysis of acquired underwater signal in time domain and frequency domain,and according to the characteristics of laser acoustic in time domain, the fundamental frequency tunable of ASK communication frame structure and the laser frequency hopping communication method is proposed for laser acoustic communications platform.Its hardware and software design of each part which is used to validate the system is completed,the experiment of laser acoustic underwater acoustic signal transmission is realized.The experimental result shows that the implementation of air-sea communication method based on laser acoustic mechanism has advantages of well waveform stability and communication real-time,can meet the real-time and effective transmission of digital ser acoustic communication in the air-sea channel has strong technological advantages,is a new way of sea communication.Keywor ds:underwater acoustic communication;laser acoustic;fundamental frequency tunable;laser frequency hopping;downlink transmission.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)§1.1研究背景 (1)§1.2水下通信的研究现状 (1)§1.2.1传统水声通信的研究现状 (1)§1.2.2激光致声的研究现状 (2)§1.3论文的选题意义及创新点 (3)§1.4论文结构 (4)第二章激光致声理论基础 (6)§2.1激光致声基本类型 (6)§2.1.1热膨胀机制 (6)§2.1.2汽化机制 (7)§2.1.3光击穿机制 (7)§2.2激光致声数学理论 (7)§2.2.1热膨胀机制 (7)§2.2.2汽化机制 (9)§2.2.3光击穿机制 (10)§2.3激光-声转换效率 (10)§2.4海水中的激光声 (11)§2.4.1激光声的强度 (11)§2.4.2激光声的频谱 (11)§2.4.3激光声的指向性 (12)§2.5本章小结 (12)第三章大气光信道及海洋声信道 (13)§3.1大气光信道信号传输特性 (13)§3.1.1大气的光吸收 (13)§3.1.2大气的光散射 (14)§3.1.3大气湍流对激光的影响 (16)§3.1.4其它自然因素对激光传输影响 (16)§3.2海洋中信号传输特性 (17)§3.2.1海水中的声速 (17)§3.2.2海水中的声吸收 (18)§3.2.3海面对声波传输的影响 (19)§3.2.4海底对声波传输的影响 (20)§3.3海洋声信道特性 (21)§3.3.1海洋中的噪声 (21)§3.3.2多途效应 (21)§3.3.3多普勒效应 (22)§3.4本章小结 (23)第四章激光致声通信实验系统设计 (24)§4.1系统主要器件简介 (24)§4.2激光致声下行通信系统的硬件组成 (27)§4.2.1水下声信号采集及信号恢复电路 (27)§4.2.2数字调制电路设计 (30)§4.2.3数字解码电路设计 (31)§4.3激光致声通信系统软件设计 (31)§4.3.1基频可调ASK编码 (32)§4.3.2数字调制电路软件设计 (33)§4.3.3数字解码电路软件设计 (34)§4.4本章小结 (35)第五章系统测试与分析 (36)§5.1激光发射与水声接收电路测试 (36)§5.1.1激光器的脉冲能量测试 (36)§5.1.2光声信号特性测试 (36)§5.1.3数字整形电路测试 (39)§5.1.4数字调制电路测试 (40)§5.1.5数字解码电路测试 (41)§5.2数据传输测试 (42)§5.2.1下行信号传输测试 (42)§5.2.2系统传输误码性能测试 (44)§5.3本章小节 (46)第六章总结与展望 (47)参考文献 (48)致谢 (51)作者在攻读硕士期间的主要研究成果 (52)第一章绪论第一章绪论§1.1研究背景随着信息化社会的到来，社会各领域无论民用还是军用都对通信技术有着越来越高的要求。

激光致声机理及跨空海界面的传输及探测。

激光致声技术是一种基于激光光束与介质相互作用的声波发生和传输的技术。

通过激光光束的能量聚焦和吸收，使介质产生瞬间的加热膨胀，从而产生声波。

这种技术在跨越空海界面的传输和探测中具有广泛的应用。

激光致声技术的机理主要包括光-声转换和声波传输两个过程。

在光-声转换过程中，激光光束通过作用于介质表面或内部的吸收体，使其产生瞬时加热和膨胀，从而产生声波。

这个过程可以通过各种机制实现，如吸收体的光热效应、光-声效应、热弹效应等。

在声波传输过程中，声波通过介质的传导、散射和衰减等过程传播，最终被探测器接收并转换为电信号。

跨空海界面的传输是激光致声技术的一个重要应用领域。

在海洋探测中，由于水的吸收和散射特性，传统的声波传感器往往受限于传输距离和分辨率。

而激光致声技术通过激光光束的高能量密度和聚焦能力，可以实现远距离的传输和高分辨率的探测。

通过激光致声技术，可以实现对海洋中的目标物体、海底地形、水下生物等的高精度探测和成像。

在跨空海界面的传输中，激光光束需要穿过空气和水两个介质。

由于空气和水的折射率不同，光束在两种介质之间会发生折射和反射。

这种光束的传输特性需要在设计和实现中加以考虑。

一种常用的方法是利用声光晶体材料，通过调整材料的折射率，使光束在空气和水之间进行有效的传输。

另一种方法是利用光纤耦合技术，将激光光束通过光纤传输到水下，从而实现光束的穿越。

在跨空海界面的探测中，激光致声技术可以通过激光光束与目标物体相互作用，实现目标物体的探测和成像。

通过控制激光光束的聚焦和扫描，可以获取目标物体的形状、距离和表面特征等信息。

同时，激光致声技术还可以应用于水下通信、水下遥感和水下导航等领域，为海洋工程、海洋资源勘探和海洋环境监测等提供重要支持。

激光致声技术通过激光光束的能量聚焦和吸收，实现了声波的发生和传输。

在跨空海界面的传输和探测中，激光致声技术具有重要的应用价值。

通过光-声转换和声波传输的机理，激光致声技术能够实现远距离传输和高精度探测，为海洋科学和工程领域的发展提供了新的可能性。

声光技术第10讲激光检测水下声波

声光技术第1 激光检测水下声波原理 • 激光检测水下声波技术 • 实验与验证 • 结论
01
引言
主题简介
激光检测水下声波技术
利用激光的特性，通过水下声波与激光相互作用，实现对水下声波的检测和测量。
声光效应
当激光通过物质时，物质中的声波会引起激光的折射率变化，从而改变激光的传播方向或强度，这种现象称为声光效应。
激光波长
选择与水下声波相匹配的激光波长，以提高检测的灵敏度和分辨率。
激光功率与光束质量
根据实际需求调整激光功率，优化光束质量以提高信号接收效果。
信号处理与数据分析
01
02
03
信号采集
利用光电探测器接收激光在水下声波作用下的散射信号，并进行实时采集。
信号处理
对采集到的信号进行滤波、放大、去噪等处理，提取有效信息。
跨学科合作
加强与物理学、光学、海洋学等相关学科的合作，共同推动激光检测技术的发展和应用。
政策与伦理考虑
在推进技术发展的同时，应充分考虑其对环境的影响以及伦理问题，制定相应的政策和规范。
THANKS
感谢观看
数据采集与处理系统
配置数据采集卡和信号处理软件，实时采集和存储实验数据
。
实验过程与结果
实验过程
将激光束投射到水听器阵列上，通过调整激光束的聚焦位置和角度，观察水听器阵列的响应变化。
实验结果
记录不同条件下水听器阵列的响应数据，包括声波频率、幅度、相位等信息。
结果分析与应用前景
结果分析
对实验数据进行处理和分析，提取出水下声波的特征参数，如声速、衰减等。
随着水深增加，压力增大，需考虑压力对激光器和探测器性能的影响，以及水深对声波传播的影响。

水下等离子体声源定向辐射技术

的定向能技术 ¨ Ｊ。等离子体声源是一种重要的水下定向强声源，能够产生比传统换能器高得多的脉冲声压级，且具有体积小、频带宽、发射模式
可控等特点。该声源基于 “ 液电效应 ” （Ｅｌｅｃｔｒｏ．
水下等离子体声源定向辐射技术
陈宏，曾跃胜
（电子信息控制重点实验室，成都６１００３６）
摘要：介绍了水下等离子体声源的产生机理和定向辐射方法，建立了基于ＡＮＳＹＳ的旋转抛物
反射面定向辐射装置仿真模型，采用拟合的冲击脉冲波形进行激励，进行了定向性能的分析和验证。结果表明，对于孔径２８０ｍｍ的抛物反射面，其定向增益可达１４ｄＢ，定向性能良好。
子体声源系统。国内大连理工大学、中科院电丁
所等单位也对电晕放电等离子体声源系统开展了细致研究，研制了水下多电极电火花声源并进行
了相应试验。Ｖ．Ｓｔｅｌｍａｓｈｕｋ和Ｐ．Ｓｕｎｋａ等
水下定向强声是一种与可用于水下干扰攻击
射技术，还可使强声冲击波汇聚到特定方向形成能量集中的定向声能，目前是水下攻防领域的一
项前沿热点技术。近年来，Ｇｅｏ — Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ公司研制了Ｇｅｏ — ＳｐａｒｋＴＭ２００等系列基于词：等离子体声源；抛物反射面；定向辐射

三角波形激光脉冲在液体中致声的特性分析

三角波形激光脉冲在液体中致声的特性分析李秋实;罗洪;胡永明;倪明【摘要】为了研究激光脉冲波形对其在液体中致声特性的影响,基于激光致声的热膨胀机制机理,采用理论推导和数值仿真的方法,对三角波形激光脉冲激发声波的特性进行了分析.首先阐述了激光与液体媒质通过热膨胀机制作用激发平面光声源的理论;推导了激光脉冲为三角波形时在约束边界和自由边界下产生声脉冲的解析解,并通过仿真得到了声脉冲剖面;然后通过模拟得到了不同边界下激发光声脉冲的波形;最后分别推导了约束边界和自由边界下的光声转换效率,分析了转换效率的影响因素,并对不同边界下的转换效率进行了求解和对比.结果表明,该研究对激光致声技术的工程应用具有理论指导意义.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2010(034)003【总页数】4页(P409-412)【关键词】激光技术;激光致声;热膨胀机制;三角脉冲;光声脉冲剖面;光声脉冲波形;转换效率【作者】李秋实;罗洪;胡永明;倪明【作者单位】国防科技大学,光电科学与工程学院,长沙,410073;国防科技大学,光电科学与工程学院,长沙,410073;桂林空军学院,桂林,541003;国防科技大学,光电科学与工程学院,长沙,410073;国防科技大学,光电科学与工程学院,长沙,410073【正文语种】中文【中图分类】O426.3引言由于电磁波在海水中传播的衰减很大，因此很难用于海洋环境下的信息传递。

但在非常低的频率下，声波却能在海水中传输几百千米，因而它为水下传输数据提供了更好的解决方案[1-2]。

与传统声源相比，利用激光致声现象产生的声波具有以下独特的优势：能够覆盖广阔的水域，使设备与水隔绝，可远距离传输，机动灵活，可用于各种恶劣环境等[3]。

激光致声属于声、光交叉学科领域，近年来，激光激发液体媒质产生声波的现象引起了人们的广泛兴趣。

激光在液体中激发声波的特性取决于激光特性、液体特性以及光声信号的激发机制[4]。

激光致声探测水下目标分析

Ｅ — ｍａｉｌ：ｙａｎｙｍｃｄ＠１６３．ｃｏｎｒ
当激光脉冲能量较小、相互作用区的能量密度较
７４
实
验
技
术
与
管
理
低、水表面加热达不到沸点温度时，声波的产生是由于
ｋＨｚ时环境噪声大，同时高频分量在水中衰减快，因
（电子科技大学物理电子学院，四川成都６１００５４）
摘
要：针对激光热膨胀致声，研究声波的接收信号及特性。分析了微音器接收端声波信号的产生原因是水
底反射波和水面反射波，但是由于受实验条件限制没能分辨出这两种声波信号区别，对这一问题有待继续探究。结合实验现象，利用Ｍａｔｌａｂ分析微音器接收声波信号的时问差与水深相互关系，并得出一组声波传播时间与距离和声波速度在两种介质的折射关系表达式。通过仿真可以在理论上对探测水深进行计算。
ｗｉｌｌｂｅｒｅｆｌｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｔａｒｇｅｔｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ．Ｔｈｕｓｔｈｅｓｏｕｎｄｗａｖｅｃａｒｒｉｅｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｓｏｕｎｄｗａｖｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｒｍｏｅｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｔｗｏｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌｓｃｏｍｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｗａｔｅｒａｎｄｗａｔｅｒｓｕｒｆａｃｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｕｅｔｏｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ’ Ｓｄｅｆｅｃｔｓ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｏｅｓｎｏｔｓｕｃｃｅｅｄｉｎｔｏｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｔｈｅｍ．Ｗｉｔｈｔｈｅｏｕｔｃｏｍｅｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，Ｍａｔｌａｂｉｓａｌｓｏｕｓｅｄｔｏｉｍｉｔａｔｅｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｌｉｎｋｏｆｗａｔｅｒ’ Ｓｄｅｐｔｈａｎｄｔｈｅｔｉｍｅａｕｄｉｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｏｆｆｅｒｓｅｑｕａｔｉｏｎｓｗｈｉｃｈｃａｎｌｅａｄｔｏｔｈｅｅｘａｃｔｄｅｐｔｈｏｆｗａｔｅｒｉｎｔｈｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｗｉｔｈｗｈｉｃｈ，Ｍａｔｌａｂｃａｎｇｉｖｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｐｔｈｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒ；ｌａｓｅｒｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ｓｏｕｎｄｗａｖｅ；ａｕｄｉｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒ

低频水下声信号调制下衍射光场的分布

低频水下声信号调制下衍射光场的分布王玉明;王文成;韩鹏斌【摘要】建立了一个简单可行的光学系统用于探测低频水下声信号。

水下声信号产生的低频声波通过水介质传到液体表面产生表面波，激光束入射到液面时，在光屏上观察到了清晰、稳定的衍射图样，发现在低频水下声信号的调制下衍射光场的分布具有明显的不对称性。

实验中得到了衍射图样光斑光强与位置的分布，理论分析发现，结果与实验所观察到的现象是很吻合的。

结果表明，在低频水下声信号调制下衍射光场的分布是非对称分布的。

%A measurement system is developed to detect the low-frequency underwater acoustic signal.The clear and high stable diffraction pattern is observed experimentally when the laser beam illuminates on the liquid surface which is modulated by the underwater acoustic signal, the diffraction fringes is asymmetric distribution.The asymmetry of the position and intensity of the diffraction spot were explained with the laser oblique incidence.The experiment is consistent with the theory.The results show that it is asymmetric distribution of the diffraction light field which is modulated by low-frequency underwater acoustic signal.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P344-347)【关键词】低频水下声信号;液体表面;衍射图样;非对称分布【作者】王玉明;王文成;韩鹏斌【作者单位】西安航空学院理学院，陕西西安 710077;西安航空学院理学院，陕西西安 710077;西安航空学院理学院，陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】O436.1引言声光效应作为很重要的物理现象，一直以来都受到人们的重视［1-3］，经常用来探测声信号。

利用激光探测水下声场的理论研究

利用激光探测水下声场的理论研究
伊厚会;孙金祚
【期刊名称】《烟台大学学报（自然科学与工程版）》
【年(卷),期】2003(016)004
【摘要】利用简化的一维物理模型,研究了激光束在水表面反射、散射时探测器在不同位置接收到反射、散射光光通量随时间的变化.结果表明:探测器接收到光通量的变化频率与水下声场的变化频率相同,为利用反射、散射光探测水下声场提供了理论依据,同时也对探测方法提供了基本思路.
【总页数】4页(P252-255)
【作者】伊厚会;孙金祚
【作者单位】烟台大学,光电信息科学技术学院,山东,烟台,264005;烟台大学,光电信息科学技术学院,山东,烟台,264005
【正文语种】中文
【中图分类】O471
【相关文献】
1.水下激光探测与告警 [J], 杨国华;张永峰;储泽国
2.结构体振动及水下声场理论研究 [J], 陈喆;程玉胜;刘启军
3.利用激光探测水下声信号的研究 [J], 刘其涛
4.利用输入力有源控制水下弹性板辐射声场的分析 [J], 何元安
5.水下激光探测系统实现关键技术 [J], 李攀;邱宏安;韩子舒;苗峰
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基于激光水下爆炸声源的声探测技术

基于激光水下爆炸声源的声探测技术刘涛;王江安;宗思光;梁善永;张显峰【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2012(24)12【摘要】基于激光水下爆炸的声探测技术,设计了激光声水下目标探测器.对激光水下爆炸声源的产生机理进行研究,并开展水下探测器发射声信号检测的实验.实验结果表明:强脉冲激光聚焦于水介质产生爆炸性球面声源,探测器内部的声反射面将球面声信号转变为高指向性的平面波信号.通过对探测器的发射信号和接收的目标回波信号进行数值计算,得到探测器发射信号具有波束指向性窄、距离分辨力高和探测距离远等特点,满足水下目标探测的应用需求.%An underwater detector was designed based on the technology of laser-induced sound by underwater explosion. The mechanism of underwater explosion sound by laser was studied, and then the detecting experimental system was built. The experimental results show that the laser-induced sound signal might be produced by high-power pulse laser breakdown under water, and that the spherical laser-induced sound signal can be changed into the plane wave signal by the acoustic reflector inside the detector. The laser-induced sound signals from the detector are found to have the characteristics of narrow-beam direction, high range resolution and long detection range by numerical calculation, which meet the requirement of underwater detection.【总页数】5页(P2822-2826)【作者】刘涛;王江安;宗思光;梁善永;张显峰【作者单位】海军工程大学电子工程学院光电研究所,武汉430033;海军工程大学电子工程学院光电研究所,武汉430033;海军工程大学电子工程学院光电研究所,武汉430033;海军工程大学电子工程学院光电研究所,武汉430033;海军工程大学电子工程学院光电研究所,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TN249【相关文献】1.水下目标的激光声探测技术 [J], 刘涛;王江安;宗思光;王晓宇2.激光探测水下声源特征的时频分析 [J], 赵龙;张骏3.一种水下激光声通信声源的设计方法 [J], 范东洋;张明敏;彭水4.基于激光衍射法的水下低频声源的深度探测 [J], 苏晓明;任耀;陈华;苗润才5.基于爆炸声源的多基地远程探测技术研究 [J], 刘琳;魏明涛;孙振新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水下目标辐射噪声多维特征分析技术的开题报告

水下目标辐射噪声多维特征分析技术的开题报告一、研究背景和研究意义水下目标辐射噪声是水下探测中非常重要的信号源，对于水声探测、目标识别及跟踪等领域具有重要意义。

在水下工程中，目标辐射噪声的探测与识别是实现有效探测、辨识、跟踪和定位等技术的基础，然而传统的水下目标辐射噪声分析技术单一且对于一些新型目标的特征分析效果有限，针对这一问题，本文提出了水下目标辐射噪声多维特征分析技术。

二、研究内容和技术路线本文的研究内容主要包括以下几个方面：1、分析水下目标辐射噪声的特征及其影响因素，建立多维特征分析模型；2、以目标辐射噪声为基础，结合深度神经网络模型，建立水下目标自动识别模型；3、针对目标辐射噪声在水下传播受到多种复杂环境因素影响的情况，设计有效的噪声特征去噪算法，提高识别率。

4、利用该技术对于水下目标辐射噪声进行分析和实验，验证该技术的有效性及应用价值。

技术路线如下：1、分析水下目标辐射噪声的特征并系统地建立多维特征分析模型。

2、基于分析结果，采用深度神经网络（DNN）构建水下目标自动识别模型。

3、针对目标辐射噪声在水下传播中的影响因素，创新性地设计去噪算法，并通过算法，提高识别率。

4、实验验证该技术的有效性及应用价值。

三、预期成果1、建立基于多维特征分析技术的水下目标辐射噪声分析模型；2、设计一个高精度的目标自动识别模型，提高水下目标识别的准确率；3、针对目标辐射噪声在水下传播中的影响因素，创新性地设计去噪算法，提高识别率；4、通过以上成果，为水声探测、目标识别及跟踪等领域提供技术支撑。

四、研究方案和进度安排1、阅读相关文献，形成并确定研究思路及技术路线；2、完成水下噪声分析系统的搭建及检测设备等，为数据分析提供数据基础；3、设计并建立基于深度神经网络的水下目标自动识别模型；4、基于多维特征分析技术及去噪算法，系统地建立针对干扰的水下目标识别算法；5、数据采集、实验及结果评估，完成论文撰写并进行答辩。

水下目标辐射噪声的特征提取技术研究的开题报告

水下目标辐射噪声的特征提取技术研究的开题报告一、选题背景和意义水下目标辐射噪声是指水下目标（如舰船、潜艇、鲸鱼等）所发出的声波信号，也是水下声学信号处理和目标识别的重要参数之一。

目前，水下目标辐射噪声的研究已经成为水下声学研究的热点之一。

在水下战争中，通过对水下目标辐射噪声的探测和分析，可以对敌方目标进行追踪和识别，从而实现水下战争的胜利。

目前，水下目标辐射噪声的研究主要集中在两个方面：一是对水下目标辐射噪声的采集和分析，二是对水下目标辐射噪声的特征提取和识别。

针对第二个方面，本文将重点研究水下目标辐射噪声的特征提取技术，目的是为水下目标辐射噪声的识别和目标分类提供支持。

二、研究内容和方法本文将从以下方面入手，研究水下目标辐射噪声的特征提取技术：1. 对水下目标辐射噪声进行采集和分析，明确噪声信号的特点和规律。

2. 基于采集到的水下目标辐射噪声信号，研究和探索不同的特征提取方法，分析和比较不同方法的特点和优劣。

3. 对比分析多种特征提取方法的优缺点，结合实际需求和应用场景，选择合适的技术方法进行研究和实践。

4. 构建水下目标辐射噪声特征提取的算法模型，并进行算法实现和实验验证。

5. 对水下目标辐射噪声的特征提取技术进行总结和评价，提出可能的改进思路和发展方向。

本文的研究方法主要包括水下目标辐射噪声信号采集和分析、特征提取算法的设计、数学建模和实验仿真等方面。

三、预期结果本文将实现以下预期结果：1. 系统地分析和研究水下目标辐射噪声的特征提取技术，为水下目标辐射噪声的识别和分类提供支持。

2. 验证和比较多种特征提取方法的优缺点，为实际应用提供参考和借鉴。

3. 实现水下目标辐射噪声信号的有效采集和分析，为模型的构建和实现提供数据支持。

4. 构建水下目标辐射噪声特征提取算法模型，验证算法的可行性和有效性。

5. 对水下目标辐射噪声的特征提取技术进行总结和评价，提出可能的改进思路和发展方向。

四、研究路径和进度安排本文的研究路径主要包括以下几个方面：1. 针对水下目标辐射噪声进行资料搜集和分析，确立研究方向和目标。

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ＳｕｄＲａｉｔｎｅｄｎＷａｅｏｎｄａｉｇＦｉｌｉｔｒ
ＹＵｎＷＡＮＧｉｎ－ｎ，ＩＹａｇ，ＪａｇａＪＡＮＧＸｉｇｚｏｎ－ｈｕ
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水中激光致声的机理有多种，被极化的水在光激发下产生电致伸缩、水吸收光能而发生的热膨胀
结果与实验结果有一定差异，只有当ｋ，ｌ，ｒｃ时脉ｏｚ
冲球源才可以被当作点源处理（０球源半径；ｒ是
作者简介：扬（９２一）男，士研究生，余１８，硕研究方向是军用目标探测与制导技术。Ｅｍｒｙｙｎｗｒｉ＠１３ｃ — ａ：ａｇｏｎ６．ｏｌｕｋｇｍ收稿目期：０６）一８；２０４５ｌ修订目期：０６１—０２０ —２１
限性，利用激光致声技术探测是一种新的可行的探
达到水的介电击穿阈值时，在水中光柱聚焦的腔体内会发生光击穿。如果在腔体内有微气泡，Ｊ并且
有发光的等离子体，这些等离子体吸收光能量，使腔体膨胀产生声波。激光在水中产生声波，压幅其声测手段，这是由激光在水中激发的声脉冲在时间和空间上都具有极高分辨率的优点所决定的，而且激值和介质的光吸收系数成比例。在水中，击穿产生声波的转换效率高达光光致声效率高，激发出的声脉冲频带宽，所用设备体０则在积小，适用范围广，因此激光致声技术具有重要的工３％。如能得到其产生声波的辐射声场分布，ｊ４给出了一程应用背景】。本文正是通过对激光致声水中辐实际应用中有着重要的意义。文献［］光击穿模型）是在一条线段上均匀分，射声场的方向性进行研究。为今后这一技术在军事个理论模型（布着多个脉冲点源，利用它从理论和实验两方面研领域的应用建立一定的理论基础。究了水中光击穿所激发的辐射声场的方向特性。但２水中光击穿激发声波的机理
ｃｎｌｄｄｏｃｕｅ．．
Ｋｅｒｓｌｓｒｉｄｃｄｓｕｄｓｕｄｒｄａｎｅｄ；ｌｓｉｃｄｒｃｉｉｙｗｏｄ：ｅ－ｎｕｅｏｎ；ｏｎａｉｔｇｆｌｐａｍｄｓ；ｉｅｔｔａｉｉａｖｙ
１引盲
传统的声纳对水中小目标的探测具有一定的局
Hale Waihona Puke ２７Ｉ是波数）因而此模型有一定局限性。为进一ｉ｝＝，
的辐射声场的方向性，并得出一定的规律。
关键词：激光致声；辐射声场；等离子体圆盘；方向性
中图分类号：Ｎ４；Ｂ７Ｔ２９Ｔ５文献标识码：Ａ
ＴｈｔｄｆＴｈｏｙｏｒｃｉｉｙｏｓｒｉｄｃｄｅＳｕｙｏｅｒｆＤｉｅｔｖｔｆＬａｅ－ｎｕｅ
ＡｂｔａｔＴｅｄｒｃｉｉｆｔｅｌｓｒｉｄｃｄｓｕｄｆｌｎｗｍｒａｅｉｖｓｉａｅｅｒｔａｙａｃｒｉｇｔｏｓｒｃ：ｈｉｔｔｏａｅ—ｎｕｅｏｎｅｄｉａｒｎｅｔｔｄｔｏｅｉｌｃｏｄｎｏａｎｗｅｖｙｈｉｇｈｃｌ
以及水的光击穿或形成等离子体等都能产生声波，其中光击穿产生声波的效率最高。这里只介绍光击穿产生声波的机理。当入射到水中的激光功率密度
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激光与红外Ｎ．０７ｏ１０２
余扬王江安蒋兴舟激光致声水中辐射声场的方向性研究
ｍｏｅｆｐａｍａｄｓ．ＴｅｌｗｆｄｒｃｉｉｆｔｅｒｄａｉｇｆｌｓｓｏｎｂｆＩｉｌｔｎｃｃｌｔｎｄｌｏｌｓｉｃｈａｏｉｅｔｔｏｈａｉｔｅｄｉｈｗｙｍｅｎｓｏｔｅｓｍｕａｉａｕａｏ．ｖｙｎｉｌｆｌｏｉＳｍｅｃｎｅｔｎｂｔｅｎｔｅｒｎｅｏｏｒｏｔｅｌｓｒｂａｎｅｄｒｃｉｉｆｈａｅ－ｎｕｅｏｎｅｄｉｏｏｎｃｉｅｗｅａｇｐｗｅｆａｅｎａｄｔｉｅｔｔｏｔｅｌｓｒｉｄｃｄｓｕｄｆｌｓｏｈｆｈｅｈｖｙｉ
激光致声水中辐射声场的方向性研究
余扬，王江安，蒋兴舟
（海军工程大学兵器工程系，湖北武汉４０３）３０３
摘要：文章针对现有声纳技术探测水中小目标的实际困难，从激光致声辐射声场的线性模型出发，应用声纳基阵的波束形成原理，了等离子体圆盘模型，建立对激光致声水中辐射声场的方向性进行了理论研究，得到此声场的方向性图，进而分析和比较了功率不同的激光束所激发
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第３７卷第１期２００７年１月
激光与红外
ＬＥＳＲ＆ＩＦＮＲＡＲＥＤ
Ｖｏ．７，．１３Ｎｏ１
Ｊｎａｙ２０ａｕｒ，０７
文章编号：０－７（０７０－２－１１０８￣０）１０６３０５００