上海光学精密机械研究所实现了新型的“分布式光纤水听器”

随着海洋开发的日益深入，用于水下探测的相关技术越来越受到人们的重视。水声探测的关键技术有水声换能器和信号处理。

日前，上海光机所与中国电子科技集团公司合作，基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)实现了一种新型的分布式光纤水听器，在外场湖试中，利用104m长的光缆，实现了水下不同频率声目标的的检测、定向和轨迹跟踪，验证了分布式水声探测技术的可行性，为后期深入开展应用研究奠定了基础。

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。光纤水听器具有灵敏度高，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。

干涉型光纤水听器技术最为成熟，其基本原理：由激光器发出的激光经光纤耦合器分为两路，一路构成光纤干涉仪的传感臂，接受声波的调制，另一路则构成参考臂，不接受声波的调制，或者接受声波调制与传感臂的调制相反，接受声波调制的光信号经后端反射膜反射后返回光纤耦合器，发生干涉，干涉的光信号经光电探测器转换为电信号，由信号处理就可以获取声波的信息。

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。

海洋资源勘探——探索海洋资源，得到分布信息;海底地质勘察——采集地震信号，推测海底地质;海底观测网——水下实时、长期、全天候观测;海洋国土安全——反恐、反潜，水下安防。

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。

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。

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。

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。

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。

新闻来源：上海光学精密机械研究所

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