光纤水听器阵列助力现代海军反潜作战 - 军工技术

光纤水听器阵列助力现代海军反潜作战

2014-09-19 10:22:18

来源：神州惠普

光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。它通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。它具有灵敏度高，频响特性好等特点。由于采用光纤作信息载体，适宜远距离大范围监测。光纤水听器主要用于海洋声学环境中的声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的探测，是现代海军反潜作战、水下兵器试验、海洋石油勘探和海洋地质调查的先进探测手段。

　　北京神州普惠科技股份有限公司专注于提供一流的水声探测和水声测量装备解决方案，为满足我国水声电子跨越式发展的需求，经过多年的技术攻关和研发，公司成功开发出了基于大规模光纤水听器阵列的新一代水声探测和测量系统，可广泛应用于海军水声装备，水下安防装备、海洋石油勘探和海洋地质调查装备的开发和应用中。

光纤水听器的核心优势

　　1) 灵敏度高，频响特性好;

　　2) 动态范围大;

　　3) 抗电磁干扰与信号串扰能力强;

　　4) 适于远距离传输与组阵;

　　5) 信号传感与传输一体化,提高系统可靠性;

　　6) 工程应用条件降低.

神州普惠多年从事水声探测技术研究，已在数据采集系统、测试系统、集成与仿真软件、水声电子系统方面拥有自主研发核心技术，并形成了成熟的水声阵列探测相关技术基础。

1、光纤水听器阵列探测技术

　　较传统水听器相比，光纤水听器具有灵敏度高，可以探测微弱信号;抗电磁干扰和信号串扰能力强，可以远距离传输;体积小，易于布放实施，且收放容易，高可靠性，并且大规模组网。光纤水听器技术也将掀起传感器改革的新篇章，为传统的测量手段带来新风向，光纤水听器阵列对空间信号进行测量，通过对每个固定位置上的水听器测量的声信号进行信号处理，确定声源位置，实现水下探测，水下目标侦测，水下/水面目标辐射噪声测量，并应用与水下安防，地震预测，海洋石油和天然气勘探等领域，是具有自主知识产权的水下探测技术，为港口防护、水声情报搜集以及目标探测提供技术支撑。

　　在大规模光纤水听器阵列组装过程中，面临的最大困难是当系统中存在数以千计的大量器件时，很难保证系统的光学均衡。光学系统的失衡，将影响系统的探测性能，对平衡要求提高，将大幅度增加系统的制造成本和制造难度，而神州普惠已经发展了基于动态匹配的大容差光学均衡阵列设计与组装创新技术来解决这一问题。

　　2、光纤水听器阵列数据采集与信号处理技术

　　在多基元的大规模光纤水听器阵列水声探测中，涉及到多通路的光信号探测和复杂的信号处理。在这方面神州普惠具有基于统一时钟和分布时差修正的高精度大容量同步信号采集控制技术、基于复合结构FPGA和多核DSP的大容量数据连续采集与并行帧结构信号处理数据交换技术、嵌入式自适应参数设定大容量光电相干信号处理技术等大规模光纤水听器阵列探测专有技术。

　　通过数据采集和信号处理，可以获得各个光纤水听器探测基元的数字声信号，对这些信号必须通过专门的数据库管理和通过不同的接口传输才能提供给用户使用。在这方面神州普惠具有基于实时分布式仿真支撑平台AppDTS的面向多应用的和复杂数据结构的数据库管理和数据产品生成技术提供多种解决方案的技术支撑。

　　对不同领域的应用，需要应用支撑单位提供面向专门应用的数据库接口、数据传输交互控制和专用软件开发技术支持。

　　3、声全息测量技术

　　声全息测量是大规模光纤水听器阵列探测的重要应用之一，它集合了非共形声全息、局部声全息、运动声全息、半空间声全息、矢量阵声全息以及声强测量，解决稳态、瞬态及运动声源辐射声场空间重构、噪声源识别与精确定位，这些技术不仅提高了噪声源识别定位精度和工作频带范围，还将全息测量技术带入崭新发展时代。采用的分析算法将科研成果成功引入工程实践中，建立了在有限测点和传感器精度条件下，在被测物近场区域测量声压或部分声压，重构复杂结构体声场中的声压、速度、声强和被测物体表面的发向速度，并实现噪声源定位。为声振测量奠定技术基础，可广泛应用于船舶、汽车行业、航天航空、其他各种声振测量领域。

　　4、声聚焦技术

　　新型噪声源识别定位测试分析系统，解决稳态、瞬态及运动声源，远距离快速识别定位。携带方便，适应于狭窄空间测量，且定位精度高。为声源识别定位提供技术支持，实现噪声源测量分析。

　　5、声场预报技术

　　声场预报能预测声波的辐射、散射以及声载荷引起的声学响应。能在频域或时域内计算振动—声结果，包括得到声载荷对结构的影响和结构振动对声的影响;同时，可以计算任意一点的声压、声辐射功率、声强、结构对声场的辐射功率、声能密度等，为水下声隐身提供性能评估，增加水下目标的声学安全半径。

　　6、声学仿真平台技术

大型的水声探测系统开发有较大的难度，这种开发需要声学仿真平台的支持。神州普惠的声学仿真平台，提供了基于软件仿真的系统级振动噪声解决方案，实现对整个复杂系统及系统内关键零件结构进行工程分析;辐射噪声分析;识别振动噪声问题及其产生的根本原因，并能够快速地评价，为后期结构优化设计提供前提保障。