一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统技术方案

一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，包括窄线宽激光器、第一耦合器、第一声光调制器、第二声光调制器、第一光纤延时环、声光调制器驱动、第二耦合器、第一环形器、第二环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、参考探头、传感探头以及信号解调模块；窄线宽激光器输出的光信号通过第一声光调制器与第二声光调制器变为频率不同的两束脉冲光，脉冲光经过光纤水听器探头后发生干涉，拍频得到一定频率的外差信号，所述系统通过提高拍频外差信号的频率，大大增加了外差干涉式光纤水听器的动态范围，从而满足测量大幅度信号的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统
本专利技术属于传感器领域，涉及一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统。
技术介绍
目前，针对空中目标落入海上的测量方法主要有水柱雷达、航测、空气声学测量、水声测量等，其中水声测量方式与其他测量方式相比，环境适应性强，可以在夜间、恶劣天气(大雾、强降水等)、恶劣海况以及各种海域下执行测量任务。针对空中目标落入海上的测量需求，采用基于光纤水听器系统的声呐浮标水声测量方案，在海上目标区域范围内，以目标位置为圆心，在指定半径的某一圆周上均匀布放多套光纤水听器声呐浮标，形成长基线阵列。与传统压电式水听器阵列相比，光纤水听器阵列具有灵敏度高、频带响应宽、抗电磁干扰、耐恶劣环境、结构轻巧、易于遥测和构成大规模阵列等特点。当空中目标落入海上的击水能量较大时，一般水听器容易出现限幅现象，导致无法进行定位。因此用于测量落点定位的光纤水听器系统需要具有较高的动态范围上限。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，通过提高外差频率来增加光纤水听器系统的动态范围上限，满足大动态范围的测量需求。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，包括窄线宽激光器、第一耦合器、第一声光调制器、第二声光调制器、第一光纤延时环、声光调制器驱动、第二耦合器、第一环形器、第二环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、参考探头、传感探头以及信号解调模块；窄线宽激光器输出的连续光经过第一耦合器分为两束光，两束光分别进入第一声光调制器与第二声光调制器，两束光被第一声光调制器与第二声光调制器调制成频率不同的两束脉冲光；第一声光调制器输出的脉冲光经过第一光纤延时环进行延时后输入到第二耦合器，第二声光调制器输出的脉冲光直接输入到第二耦合器；第二耦合器将两束输入脉冲光进行耦合后再分为两束，第二耦合器输出其中一束脉冲光经过第一环形器后进入参考探头，参考探头将脉冲光反射后作为参考光信号输出，参考光信号经过第一环形器后进入第一光电探测器，第一光电探测器对参考光信号进行光电转换，第一光电探测器输出电信号给信号解调模块；第二耦合器输出的另一束脉冲光经过第二环形器后进入到传感探头，传感探头将脉冲光反射后作为传感光信号输出，传感光信号经过第二环形器后进入第二光电探测器，第二光电探测器对传感光信号进行光电转换，第二光电探测器输出电信号给信号解调模块，信号解调模块根据接收到的两路电信号解调出水声信号。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，脉冲光经过所述第一光纤延时环的延时时间大于等于脉冲光的脉宽。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，参考探头包括第三耦合器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜与第二光纤延时环；进入参考探头的脉冲光经过第三耦合器后分成两路，一路脉冲光经过第一法拉第旋转镜反射后输出到第三耦合器；另一路脉冲光经过第二光纤延时环进行延时，延时后的脉冲光通过第二法拉第旋转镜进行反射，反射后的脉冲光经过第二光纤延时环延时后输出到第三耦合器；第三耦合器将收到的两路反射信号进行耦合，输出参考光信号到第一环形器。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，第三耦合器处耦合的两路反射信号的光程差与脉冲光经过第一光纤延时环的光程相同。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，传感探头包括第四耦合器、第三法拉第旋转镜、第四法拉第旋转镜与第三光纤延时环；进入传感探头的脉冲光经过第四耦合器后分成两路，一路脉冲光经过第三法拉第旋转镜反射后回到第四耦合器中，另一路脉冲光经过第三光纤延时环进行延时，延时后的脉冲光通过第四法拉第旋转镜进行反射，反射后的脉冲光经过第三光纤延时环延时后输出到第四耦合器中，第四耦合器将收到的两路反射信号进行耦合，输出传感光信号到第二环形器。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，第四耦合器处耦合的两路反射信号的光程差与脉冲光经过第一光纤延时环的光程相同。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，所述参考探头的外部设有隔音、隔振的封装。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，所述传感探头的外部设有增敏的封装，用于拾取水声信号。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，所述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统的动态范围为D，D取第一动态范围上限D1max和第二动态范围上限D2max的最小值；其中式中，Δf为外差信号脉冲序列的拍频，fs为声信号的频率，fsam为外差干涉式光纤水听器系统的有效采样率。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，所述外差信号脉冲序列的拍频Δf为：Δf＝f1-f2其中，f1为第一声光调制器输入端的连续光，与，第一声光调制器输出端的脉冲光之间的频率差；f2为第二声光调制器输入端的连续光，与，第二声光调制器输出端的脉冲光之间的频率差。上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，所述第一声光调制器和第二声光调制器输出的脉冲光的脉冲宽度均为τ，τ的取值范围为：其中，Δf为外差信号脉冲序列的拍频，；所述所述第一声光调制器和第二声光调制器输出的脉冲光的周期均为t，t的取值范围为：t≥3T式中其中，fsam为外差干涉式光纤水听器系统的有效采样率，T为脉冲序列的脉冲间隔，2L为第一光纤延时环的光纤长度，n是光纤折射率，c是光速；所述T的取值范围为：T≥τ上述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，所述大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统还包括隔离器，窄线宽激光器输出的连续光经过隔离器后输入到第一耦合器。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术通过控制第一声光调制器和第二声光调制器的移频频率可以提高外差载波频率，从而提高光纤水听器系统的动态范围上限，保证解调大幅度信号时不出现饱和的现象，从而能更好的应用在目标定位测量系统中；(2)本专利技术通过第一声光调制器和第二声光调制器的移频得到高频率的载波信号，远离低频区域的干扰，提高光纤水听器系统的信噪比；(3)本专利技术通过控制第一光纤延时环、第二光纤延时环、第三光纤延时环的长度，使得产生载波信号的两个不同频率的脉冲光所经过的光程相同，两束光为等臂干涉，可以降低激光器相位噪声的影响；(4)本专利技术在外差频率较高时，设置合理的脉冲宽度，可以在一个拍频脉冲内获得一个周期以上的载波信号，因此载波信号可以直接拾取，不需要再进行带通滤波，载波信号与参考信号交叉相乘后的低通滤波的阶数比较低，这两方面都大大降低了数字系统的资源，提高了解调的效率。附图说明图1为本专利技术的光路结构图；图2为本专利技术的传感探头脉冲序列图；图3为本专利技术的解调流程框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。图1为本专利技术的光路结构图，大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统包括：窄线宽激光器1、隔离器2、第一耦合器3、第一声光调制器4、第二声光调制器5、第一光纤延时环6、声光调制器驱动7、第二耦合器8、第一环形器9、第二环形器10、第一光电探测器11、第二光电探测器12、参考探头13、传感探头14以及信号解调模块15；窄线宽激光器1输出的连续光经过隔离器2后再经过第一耦合器3分为两束光，两束光分别进入第一声光调制器4与第二声光调制器5，两束光被第一声光调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)、第一耦合器(3)、第一声光调制器(4)、第二声光调制器(5)、第一光纤延时环(6)、声光调制器驱动(7)、第二耦合器(8)、第一环形器(9)、第二环形器(10)、第一光电探测器(11)、第二光电探测器(12)、参考探头(13)、传感探头(14)以及信号解调模块(15)；窄线宽激光器(1)输出的连续光经过第一耦合器(3)分为两束光，两束光分别进入第一声光调制器(4)与第二声光调制器(5)，两束光被第一声光调制器(4)与第二声光调制器(5)调制成频率不同的两束脉冲光；第一声光调制器(4)输出的脉冲光经过第一光纤延时环(6)进行延时后输入到第二耦合器(8)，第二声光调制器(5)输出的脉冲光直接输入到第二耦合器(8)；第二耦合器(8)将两束输入脉冲光进行耦合后再分为两束，第二耦合器(8)输出其中一束脉冲光经过第一环形器(9)后进入参考探头(13)，参考探头(13)将脉冲光反射后作为参考光信号输出，参考光信号经过第一环形器(9)后进入第一光电探测器(11)，第一光电探测器(11)对参考光信号进行光电转换，第一光电探测器(11)输出电信号给信号解调模块(15)；第二耦合器(8)输出的另一束脉冲光经过第二环形器(10)后进入到传感探头(14)，传感探头(14)将脉冲光反射后作为传感光信号输出，传感光信号经过第二环形器(10)后进入第二光电探测器(12)，第二光电探测器(12)对传感光信号进行光电转换，第二光电探测器(12)输出电信号给信号解调模块(15)，信号解调模块(15)根据接收到的两路电信号解调出水声信号。...

【技术特征摘要】
1.一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)、第一耦合器(3)、第一声光调制器(4)、第二声光调制器(5)、第一光纤延时环(6)、声光调制器驱动(7)、第二耦合器(8)、第一环形器(9)、第二环形器(10)、第一光电探测器(11)、第二光电探测器(12)、参考探头(13)、传感探头(14)以及信号解调模块(15)；窄线宽激光器(1)输出的连续光经过第一耦合器(3)分为两束光，两束光分别进入第一声光调制器(4)与第二声光调制器(5)，两束光被第一声光调制器(4)与第二声光调制器(5)调制成频率不同的两束脉冲光；第一声光调制器(4)输出的脉冲光经过第一光纤延时环(6)进行延时后输入到第二耦合器(8)，第二声光调制器(5)输出的脉冲光直接输入到第二耦合器(8)；第二耦合器(8)将两束输入脉冲光进行耦合后再分为两束，第二耦合器(8)输出其中一束脉冲光经过第一环形器(9)后进入参考探头(13)，参考探头(13)将脉冲光反射后作为参考光信号输出，参考光信号经过第一环形器(9)后进入第一光电探测器(11)，第一光电探测器(11)对参考光信号进行光电转换，第一光电探测器(11)输出电信号给信号解调模块(15)；第二耦合器(8)输出的另一束脉冲光经过第二环形器(10)后进入到传感探头(14)，传感探头(14)将脉冲光反射后作为传感光信号输出，传感光信号经过第二环形器(10)后进入第二光电探测器(12)，第二光电探测器(12)对传感光信号进行光电转换，第二光电探测器(12)输出电信号给信号解调模块(15)，信号解调模块(15)根据接收到的两路电信号解调出水声信号。2.根据权利要求1所述的一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，其特征在于：脉冲光经过所述第一光纤延时环(6)的延时时间大于等于脉冲光的脉宽。3.根据权利要求1所述的一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，其特征在于：参考探头(13)包括第三耦合器(131)、第一法拉第旋转镜(132)、第二法拉第旋转镜(133)与第二光纤延时环(134)；进入参考探头(13)的脉冲光经过第三耦合器(131)后分成两路，一路脉冲光经过第一法拉第旋转镜(132)反射后输出到第三耦合器(131)；另一路脉冲光经过第二光纤延时环(134)进行延时，延时后的脉冲光通过第二法拉第旋转镜(133)进行反射，反射后的脉冲光经过第二光纤延时环(134)延时后输出到第三耦合器(131)；第三耦合器(131)将收到的两路反射信号进行耦合，输出参考光信号到第一环形器(9)。4.根据权利要求3所述的一种大动态范围的外差干涉式光纤水听器系统，其特征在于：第三耦合器(131)处耦合的两路反射信号的光程差与脉冲光经过第一光纤延时环(6)的光程相同。5.根据权利要求1所述的一种大动态范...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑百超，张海岩，郝良彬，李振，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11