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光纖水聽器陣列


光纖水聽器是一種建立在光纖、光電子技術基礎上的水下聲信號傳感器。它通過高靈敏度的光學相干檢測,將水聲振動轉換成光信號,通過光纖傳至信號處理系統提取聲信號信息。它具有靈敏度高,頻響特性好等特點。由于采用光纖作信息載體,適宜遠距離大范圍監測。光纖水聽器主要用于海洋聲學環境中的聲傳播、噪聲、混響、海底聲學特性、目標聲學特性等的探測,是現代海軍反潛作戰、水下兵器試驗、海洋石油勘探和海洋地質調查的先進探測手段。


北京神州普惠科技股份有限公司專注于提供一流的水聲探測和水聲測量裝備解決方案,為滿足我國水聲電子跨越式發展的需求,經過多年的技術攻關和研發,公司成功開發出了基于大規模光纖水聽器陣列的新一代水聲探測和測量系統,可廣泛應用于海軍水聲裝備,水下安防裝備、海洋石油勘探和海洋地質調查裝備的開發和應用中。

光纖水聽器的核心優勢

1) 靈敏度高,頻響特性好;

2) 動態范圍大;

3) 抗電磁干擾與信號串擾能力強;

4) 適于遠距離傳輸與組陣;

5) 信號傳感與傳輸一體化,提高系統可靠性;

6) 工程應用條件降低.

神州普惠多年從事水聲探測技術研究,已在數據采集系統、測試系統、集成與仿真軟件、水聲電子系統方面擁有自主研發核心技術,并形成了成熟的水聲陣列探測相關技術基礎。

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1、光纖水聽器陣列探測技術

較傳統水聽器相比,光纖水聽器具有靈敏度高,可以探測微弱信號;抗電磁干擾和信號串擾能力強,可以遠距離傳輸;體積小,易于布放實施,且收放容易,高可靠性,并且大規模組網。光纖水聽器技術也將掀起傳感器改革的新篇章,為傳統的測量手段帶來新風向,光纖水聽器陣列對空間信號進行測量,通過對每個固定位置上的水聽器測量的聲信號進行信號處理,確定聲源位置,實現水下探測,水下目標偵測,水下/水面目標輻射噪聲測量,并應用與水下安防,地震預測,海洋石油和天然氣勘探等領域,是具有自主知識產權的水下探測技術,為港口防護、水聲情報搜集以及目標探測提供技術支撐.

在大規模光纖水聽器陣列組裝過程中,面臨的最大困難是當系統中存在數以千計的大量器件時,很難保證系統的光學均衡。光學系統的失衡,將影響系統的探測性能,對平衡要求提高,將大幅度增加系統的制造成本和制造難度,而神州普惠已經發展了基于動態匹配的大容差光學均衡陣列設計與組裝創新技術來解決這一問題。

2、光纖水聽器陣列數據采集與信號處理技術


在多基元的大規模光纖水聽器陣列水聲探測中,涉及到多通路的光信號探測和復雜的信號處理。在這方面神州普惠具有基于統一時鐘和分布時差修正的高精度大容量同步信號采集控制技術、基于復合結構FPGA和多核DSP的大容量數據連續采集與并行幀結構信號處理數據交換技術、嵌入式自適應參數設定大容量光電相干信號處理技術等大規模光纖水聽器陣列探測專有技術。


通過數據采集和信號處理,可以獲得各個光纖水聽器探測基元的數字聲信號,對這些信號必須通過專門的數據庫管理和通過不同的接口傳輸才能提供給用戶使用。在這方面神州普惠具有基于實時分布式仿真支撐平臺AppDTS的面向多應用的和復雜數據結構的數據庫管理和數據產品生成技術提供多種解決方案的技術支撐。


對不同領域的應用,需要應用支撐單位提供面向專門應用的數據庫接口、數據傳輸交互控制和專用軟件開發技術支持。


3、聲全息測量技術


聲全息測量是大規模光纖水聽器陣列探測的重要應用之一,它集合了非共形聲全息、局部聲全息、運動聲全息、半空間聲全息、矢量陣聲全息以及聲強測量,解決穩態、瞬態及運動聲源輻射聲場空間重構、噪聲源識別與精確定位,這些技術不僅提高了噪聲源識別定位精度和工作頻帶范圍,還將全息測量技術帶入嶄新發展時代。采用的分析算法將科研成果成功引入工程實踐中,建立了在有限測點和傳感器精度條件下,在被測物近場區域測量聲壓或部分聲壓,重構復雜結構體聲場中的聲壓、速度、聲強和被測物體表面的發向速度,并實現噪聲源定位。為聲振測量奠定技術基礎,可廣泛應用于船舶、汽車行業、航天航空、其他各種聲振測量領域。


4、聲聚焦技術


新型噪聲源識別定位測試分析系統,解決穩態、瞬態及運動聲源,遠距離快速識別定位。攜帶方便,適應于狹窄空間測量,且定位精度高。為聲源識別定位提供技術支持,實現噪聲源測量分析。


5、聲場預報技術


聲場預報能預測聲波的輻射、散射以及聲載荷引起的聲學響應。能在頻域或時域內計算振動—聲結果,包括得到聲載荷對結構的影響和結構振動對聲的影響;同時,可以計算任意一點的聲壓、聲輻射功率、聲強、結構對聲場的輻射功率、聲能密度等,為水下聲隱身提供性能評估,增加水下目標的聲學安全半徑。


6、聲學仿真平臺技術


大型的水聲探測系統開發有較大的難度,這種開發需要聲學仿真平臺的支持。神州普惠的聲學仿真平臺,提供了基于軟件仿真的系統級振動噪聲解決方案,實現對整個復雜系統及系統內關鍵零件結構進行工程分析;輻射噪聲分析;識別振動噪聲問題及其產生的根本原因,并能夠快速地評價,為后期結構優化設計提供前提保障。
 

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光纖水聽器具體應用

1. 海洋資源勘探

——探索海洋資源,得到分布信息

2. 海底地質勘察

——采集地震信號,推測海底地質

3. 海底觀測網

——水下實時、長期、全天候觀測

4. 海洋國土安全

——反恐、反潛,水下安防


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