光纤水下声波探测过程中系统噪声抑制与目标信号提取

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1、`硕士学位论文光纤水下声波探测过程中系统噪声抑制与目标信号提取SYSTEMNOISESUPPRESSIONANDTARGETSIGNALSEXTRACTIONINTHEPROCESSOFUNDERWATERACOUSTICFIBERDETECTION王忠新哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文光纤水下声波探测过程中系统噪声抑制与目标信号提取硕士研究生：王忠新导师：曲士良教授申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：理学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex:O439U.D.C:535DissertationfortheMaster’sDegreeSYSTEMNOISESUPPRESSIONANDTARGETSIGNALSEXTRACTIONINTHEPROCESSOFUNDERWATERACOUSTICFIBERDETECTIONCandidate：WangZhongxinSupervisor：Prof.QuShiliangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：OpticsAffiliation：SchoolofScienceDateofDefenc

3、e：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要近年来，光纤水下声波探测技术以其安全性好、灵敏度高、能够进行大规模阵列探测等优势成为水下声波探测的主要手段。然而，水下声波探测灵敏度和探测精度会由于实际声波探测过程中噪声的存在而降低。因此，本论文主要研究水下声波探测过程中系统噪声的抑制与目标信号的提取方法。首先，分析光纤缠绕式马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉型水下声波探测基元的工作原理，并利用COMSOLMultiphysics多物理场耦合模

4、拟软件对不同尺寸的水下声波探测基元振型进行理论模拟计算。根据理论设计出的形状和尺寸，在实验室制备出水下声波探测基元，并测试其水下声波探测性能。然后，对水下声波探测过程中产生噪声的来源和种类进行详细分析，针对水下声波探测过程中光源、光电探测器件、光传输等系统噪声的特性，借助MATLAB软件理论模拟自适应滤波算法进行系统噪声抑制。通过改进数据采集卡的LabVIEW控制程序，将自适应滤波去噪算法应用到实际水下声波探测系统中，抑制水下声波探测过程中产生的系统噪声。最后，对海洋环境噪声进行分析，结合海洋噪声频率特性和小波变换处理信号的优势，在MATLAB中理论模拟了使用小波变换方

5、法从背景噪声中提取目标信号的过程。通过LabVIEW仪器控制程序将小波变换提取目标信号方法应用到实际水下声波探测中，并从背景噪声中成功提取出频率为100Hz、150Hz、200Hz、250Hz和300Hz的目标信号。关键词：水下声波探测；系统噪声；自适应滤波；小波变换；目标信号-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractForthepastfewyears，opticalfiberunderwateracousticwavedetectionmethodhasgreatapplicationsduetoitsadvantagesofhighsecurity,hi

6、ghsensitivityandcanbehighlymultiplexed.But,theexistenceofthenoiseintheprocessofunderwateracousticwavedetectionwillreducethedetectionsensitivityandprecision.Therefore,wehavestudiedthemethodofsystemnoisesuppressionandtargetsignalsextractionintheprocessofunderwateracousticdetection.Firstly,

7、weanalyzedtheworkingprincipleoffiberacousticsensorbasedonfiber-windingMach-Zehnderinterferencestructure.ByusingCMOSOLsoftwarewesimulatedandcomputedtheVibrationModeoffiberacousticsensorwithdifferentsize,andfabricatedthedesignedsensor.Secondly,sourceandtypeofnoisesignalinth