水下声信号探测的发展及现状

水下声信号的探测发展及现状
海洋对于人类的生存活动是一个不容忽视的重要领域。

无论是对于海底资源开发，海啸的准确预警，还是涉及国家安全的各种监控和观察，水下声信号的探测都具有举足轻重的意义。

自激光问世以后，利用其亮度高、脉冲短、准直度高等优点用于水下目标，特别是小目标，在此基础上，国内外一些专家便提出了激光声遥感探测技术。

技术是在20世纪80年代初出现的。

1981年夏天，G. D. Hickman等科学家利用现成的仪器和专用控制电路组合构成了实验用激光系统（ELAS），在实际海洋环境条件下进行了激光声遥感探测海深实验。

实验结果证明，使用激光系统进行混浊浅水测深是可行的[1]。

1987年，G. D. Hickman等又把激光声遥感探测技术用于冰厚的测量。

他们利用已有的实验用激光声系统在冰里产生声波，在激光能量为6.5J的条件下，测出冰厚为1m。

在此实验基础上，他们还理论分析了把声传感器放在直升机拖带的拖鸟里的激光声遥感测冰厚方案，预计当激光能量为50J时，可测10m的冰厚。

鉴于机载探测系统对设备的体积、重量和供电都有严格限制，1990年，G. D. Hickman等人改用Nd: YAG激光器在冰中产生声，再一次进行了激光声遥感测冰厚的研究[2]。

1988年，美国Tulane大学Lee.M.S 等对把激光技术用于从水表面探测水下声信号的技术进行了研究，并通过具体实验验证了水下声信号光电探测技术的可行性。

国内初期的探索首先由中国船舶工业总公司的一个研究所完成。

在军舰平台上，真实海洋环境下，用声纳阵列器件接收了由30m深的标准球、50m深的海底引起的反射回波，探测声源由强激光爆破引起。

由于声波从水中传入空气的过程中，在水与空气界面上将产生1000倍的物理衰减，这对探测采用声隐身技术的水下目标受到极限的挑战。

随后，他们又展开对利用飞机平台采用激光声技术探测水下声信号的实验性研究[3]。

同时，以大连七六零研究所为主的一批学者也从1986年就开始了激光声遥感技术研究。

1989年，发表了激光声原理实验报告；1990年，报告了用单个微音器探测海深达17m和探测水下几米深物体的实验结果。

随后又专门研制了一套激光声遥感探测系统，它包括：单脉冲能量100J的TEA CO2激光器及其导光聚焦系统、八元线列接收声阵和高速数字多波束接收机。

利用这套设备在海上实验中，探测到了水下30m深处直径为0.7m的标准反射体和58m深的海底。

1997年研制了用于激光声遥感的光接收设备，完成了利用激光探测水中声波的原理研究，得到了预期结果，把激光声遥感推进到了光接收的技术领域[4]。

同时，孙金祚、江荣喜等教授也在这一方面进行了深入研究，提出了由水下目标声信号产生的水表面微扰理论。

基于激光多普勒的水表面声波探测技术，简单的说，就是用一束激光照射在被水下声源扰动了的水面上，从水表面返回的散射光会产生多普勒频移，载有水下声源的信息。

令水面散射光与参考光发生干涉，数据采集和处理系统从干涉信
号中可以解调出水表面声波信息。

进而还原出声音源的信息。

[1] G.D.Hickman,Edmonds J A. An experiment facility for laser/acoustic applica-
tions[J].Brighton Dam Results.1981,AD A110872:pp.34～38.
[2]G.D.Hickman,Edmonds J A. Laser-acoustic ice thickness measurements[J].BrightonDam Results.1987,AD A221726:pp.16～18.
[3] 李荣福,崔桂华,田作喜等.激光声遥感技术[M].北京:国防工业出版社,2003:pp.3～11.
[4] 李荣福,崔桂华等.激光/声探测隐身潜艇技术研究[J].中国船舶科技报告,1994,第40卷第6期:pp.4～8.
[5] 孙金祚,江荣熙,戴振宏等.激光-声-激光探测水下目标的理论和方法研究之一–高能量宽频带光-声声纳源的声光转换效率研究[J].目标与环境特性研究,1998年,4:pp.34～42.。