一种适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统技术方案

本发明专利技术涉及水下预警探测、海洋油气监测技术领域，涉及一种适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统。本发明专利技术系统包括均置于水下、采用一个波长实现的光纤水听器阵列和全数字化传输子系统；光纤水听器阵列利用调制光信号对声信号进行拾取；全数字化传输子系统对拾取了声信号的调制光信号进行处理获得解调电信号，并与全数字化传输子系统的状态信息汇聚到同一波长的电信号，对电信号进行前向纠错编码后再转换成光信号传输到岸基；还用于接收岸基发的光信号并处理获得汇聚在同一波长中的控制命令和时钟信号的电信号，对获得的电信号进行解汇聚，分离得到时钟信号和控制信号，并根据控制信号生成全数字化传输子系统的状态信息。信息。信息。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统


[0001]本专利技术涉及水下预警探测、海洋油气监测
，特别涉及一种适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统。

技术介绍

[0002]海底光纤水听器阵列已广泛应用于水下预警探测、海洋油气监测领域。传统光纤水听器阵列系统由激光调制部分、解调制部分、光纤水听器阵列组成，激光调制部分和解调制部分置于干端，光纤水听器阵列布设于海底。激光调制部分产生调制的脉冲激光通过引导缆进入阵列；阵列中以光程变化的方式拾取声信号后，光脉冲返回；通过传输光缆传输至干端被解调部分的光电耦合器接收并将其恢复为声信号，这种以模拟信号模式的光纤水听器阵列在100km左右距离的探测系统已经应用成熟。
[0003]但随着对远程水下警戒探测的需求，超远距离海底光纤水听器布置阵列的要求越来越紧迫，因此，一种远程光纤水听器系统成为了研究的重点。
[0004]模拟信号传送形式下加长传输海光缆成为最直接的方案，在这种方案下还可以通过增加中继器的方式来弥补传输海光缆的插损，延长传输距离。但随着传输海光缆长度的增加，实施这种方案的困难逐步显现，光功率放大和长距离传输所引起的各种非线性效应致使光功率阈值受限，光功率放大所引入的自发辐射噪声导致光信号信噪比劣化受限，而这些约束条件成为了模拟信号传送方案难以克服的障碍。基于传统方案的微弱模拟光脉冲信号经过逐级放大后的信噪比问题和弱信号的相位信息解析问题被证明是存在应用距离上限，不能适用于千公里级的超远程光纤水听器系统。
[0005]为了克服模拟信号传送方案的局限，公开号为CN107786268A的中国专利技术公开了一种具备解调功能的水下光信号放大中继器及海底监听系统，该专利技术提出过一种半数字化的光纤水听器系统方案，其光纤水听器阵列和解调制部分放入水下，但将激光调制部分仍旧放在干端。该专利技术虽将解调制信号转换为数字光信号进行传输，可满足解调制数字信号部分远距离传输需求，但仍存在调制数字光信号信噪比需要大于18dB的障碍；与此同时干端的激光调制信号仍需经过远距离传输后才能抵达水下的光纤水听器阵列，同样存在光功率阈值和光信噪比受限的障碍；严重限制了远距离传输距离，影响了远海大规模部署的规模。
[0006]与此同时，解调数字信号、时钟同步信号及控制命令信号采用不同波长进行传输，导致单条光纤水听器阵列需要至少3个波长才能实现数字化系统功能，严重浪费了光纤链路中波长资源，制约了水听器阵列规模的上限；且不同位置的光纤阵列系统需要采用不同的波长实现，备件难以统一，维护不便。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提出一种适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统。
[0008]为达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案实现。
[0009]本专利技术提出了一种适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统，所述系统包括均置于水下、采用一个波长实现的光纤水听器阵列和全数字化传输子系统；
[0010]所述光纤水听器阵列，用于利用调制光信号对声信号进行拾取；
[0011]所述全数字化传输子系统，用于对拾取了声信号的调制光信号进行处理获得解调电信号，并将解调电信号与全数字化传输子系统的状态信息汇聚到同一波长的电信号，并对电信号进行前向纠错编码后再转换成光信号传输到岸基；还用于接收岸基发的光信号并处理获得汇聚在同一波长中的控制命令和时钟信号的电信号，对获得的电信号进行解汇聚，分离得到时钟信号和控制信号，并根据控制信号生成全数字化传输子系统的状态信息。
[0012]作为上述技术方案的改进之一，所述全数字化传输子系统包括：传感光发射装置、传感光接收调制装置、数字光处理装置和时钟及驱动装置；其中，
[0013]所述传感光发射装置，用于产生调制的光信号；
[0014]所述传感光接收调制装置，用于对拾取了声信号的调制光信号依次进行光电转换和解调获得解调电信号；
[0015]所述数字光处理装置，用于将解调电信号与全数字化传输子系统状态信息汇聚后生成改变了帧格式的电信号，对生成的改变了帧格式的电信号进行前向纠错编码后再转换成光信号传输到岸基；用于接收岸基发的光信号并处理获得电信号，将获得的电信号分离得到时钟信号和控制信号，并根据控制信号进行全数字化传输子系统状态信息的上报。
[0016]作为上述技术方案的改进之一，所述全数字化传输子系统还包括：时钟及驱动装置，用于根据时钟信号传达控制指令，包括：各装置驱动信号的下发、各装置中控制命令的下发和时钟信号的下发。
[0017]作为上述技术方案的改进之一，所述传感光发射装置包括光发射模块；所述光发射模块依次包括：激光器、调制器和光放大器；其中，
[0018]所述激光器，用于发射激光；
[0019]所述调制器，用于对激光器发射的激光进行调制；
[0020]所述光放大器，用于对调制后的激光进行放大。
[0021]作为上述技术方案的改进之一，所述传感光发射装置还包括第一光纤放大器，用于对调制的光信号进行放大，并传送到光纤水听器阵列。
[0022]作为上述技术方案的改进之一，所述传感光接收调制装置依次包括：第一光电模块和信号解调模块；其中，
[0023]所述第一光电模块，用于对拾取了声信号的调制光信号依次进行光电转换获得调制电信号；
[0024]所述信号解调模块，用于对调制电信号进行解调得到解调的电信号。
[0025]作为上述技术方案的改进之一，所述数字光处理装置包括：第二光电转换模块、第一信号汇聚及成帧模块、控制及状态上报模块、第二信号汇聚及成帧模块、数字信号前向纠错模块和电光转换模块；其中，
[0026]所述第二光电转换模块，用于接收岸基发的光信号并进行光电转换处理获得电信号；
[0027]所述第一信号汇聚及成帧模块，用于对第二光电转换模块输出的电信号进行分离获得时钟信号和控制信号；
[0028]所述控制及状态上报模块，用于对全数字化传输子系统中各模块的状态进行监测并将状态信息上报；
[0029]所述第二信号汇聚及成帧模块，用于对将解调电信号与全数字化传输子系统各模块的状态信息汇聚后生成改变了帧格式的电信号；
[0030]所述数字信号前向纠错模块，用于对改变了帧格式的电信号进行前向纠错编码；
[0031]所述电光转换模块，用于将前向纠错编码后的电信号进行转换成光信号。
[0032]作为上述技术方案的改进之一，所述数字光处理装置还包括第二光纤放大器，用于对电光转换模块输出的光信号进行放大，并传输到岸基。
[0033]作为上述技术方案的改进之一，所述全数字化传输子系统还包括电源转换装置，用于为全数字化传输子系统中各装置供应电能。
[0034]作为上述技术方案的改进之一，所述电源转换装置包括：恒流类型电源转换模块和恒压类型电源转换模块；其中，
[0035]所述恒流类型电源转换模块，用于自适应输入电流；
[0036]所述恒压类型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统，其特征在于，所述系统包括均置于水下、采用一个波长实现的光纤水听器阵列和全数字化传输子系统；所述光纤水听器阵列，用于利用调制光信号对声信号进行拾取；所述全数字化传输子系统，用于对拾取了声信号的调制光信号进行处理获得解调电信号，并将解调电信号与全数字化传输子系统的状态信息汇聚到同一波长的电信号，并对电信号进行前向纠错编码后再转换成光信号传输到岸基；还用于接收岸基发的光信号并处理获得汇聚在同一波长中的控制命令和时钟信号的电信号，对获得的电信号进行解汇聚，分离得到时钟信号和控制信号，并根据控制信号生成全数字化传输子系统的状态信息。2.根据权利要求1所述的适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统，其特征在于，所述全数字化传输子系统包括：传感光发射装置、传感光接收调制装置、数字光处理装置和时钟及驱动装置；其中，所述传感光发射装置，用于产生调制的光信号；所述传感光接收调制装置，用于对拾取了声信号的调制光信号依次进行光电转换和解调获得解调电信号；所述数字光处理装置，用于将解调电信号与全数字化传输子系统状态信息汇聚后生成改变了帧格式的电信号，对生成的改变了帧格式的电信号进行前向纠错编码后再转换成光信号传输到岸基；用于接收岸基发的光信号并处理获得电信号，将获得的电信号分离得到时钟信号和控制信号，并根据控制信号进行全数字化传输子系统状态信息的上报。3.根据权利要求2所述的适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统，其特征在于，所述全数字化传输子系统还包括：时钟及驱动装置，用于根据时钟信号传达控制指令，包括：各装置驱动信号的下发、各装置中控制命令的下发和时钟信号的下发。4.根据权利要求2所述的适用于远程传输的水下全数字化光纤水听器系统，其特征在于，所述传感光发射装置包括光发射模块；所述光发射模块依次包括：激光器、调制器和光放大器；其中，所述激光器，用于发射激光；所述调制器，用于对激光器发射的激光进行调制；所述光放大器，用于对调制后的激光进行放大。5.根据权利要求4所述的适用于远程传输的水下全数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中华，郭永刚，王肃静，张飞，张元凯，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：