水下目标的激光声探测技术.pdf

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1、第34卷第6期舰船科学技术V01．34，No．62012年6月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYJun．，2012水下目标的激光声探测技术刘涛，王江安，宗思光，王晓宇(海军工程大学电子工程学院，湖北武汉430033)摘要：高能脉冲激光聚焦于液体中。光击穿会伴随着光、声和空泡脉动等现象，其中击穿时等离子体嘭胀产生的声和随后的空泡脉动产生的声统称为激光声。对产生的激光声信号进行分析，论证激光声信号应用于水下探测的可行性。设计激光声产生和测量分析系统，计算激光声信号的波束指向性、距离分辨力、噪声背景下和混响背景下的探测距离。结果表明，激光声声源在距离分辨力和声源级两方面满足

2、对水下目标探测的要求。从理论推导和计算上初步证明了激光声信号可以应用于水下探测领域。关键词：激光声；水下探测；距离分辨力；探测距离中图分类号：0422文献标识码：A文章编号：1672—7649(2012)06一0070一04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2012．06．017ThedetectionofthelaserinducedsoundLIUTao，WANGJiang-an，ZONGSi-guang，WANGXiao-yu(CollegeofElectronicEngineering，NavalUniversityofEngineering，Wuh

3、an430033，China)Abstract：Thepossibilityofthelaserinducedsoundaft,thesoundsourceofhighresolutionimagesonarintheoryisdiscussed．Thelaserinducedsoundproducingandmeasuringsystemissetup；thetransmittedbeamwidthandthedirectivityindexoflaserinducedsoundtransducerarederived．Therangeresolutionandthemaximu

4、mdetectionrangesoflaserinducedsoundinbackgroundsofnoiseandreverberationarecalculated．Theresultsshowthattherangeresolutionandthemaximumdetectionrangesofthelaserinducedsoundarehighenoughtodetectthetarget．Thelaserinducedsoundcanhethesoundsourceofimagesonarintheory．Keywords：laserinducedsound；under

5、waterdetection；rangeresolution；detectiondistance0引言目前，舰艇水下探测主要是通过安装在舰体上的主动声呐探测系统，本文介绍的是舰船采用激光声技术应用于水下探测。强激光脉冲聚焦于透明液体中会引起光击穿。光击穿时伴随着光、声和空泡脉动等现象，等离子体膨胀产生的声和随后的空泡脉动产生的声统称为激光声，前者称为等离子体膨胀声波，后者称为空泡溃灭声波。利用激光声作为水下探测声源在国内外均有研究。1980年，美国人G．D．Hickman率先进行了激光声遥感技术的可行性实验研究，并成功探测到MK一84水雷¨。1。国内李荣福等从1986—2003年左

6、右也开展了相关的实验¨1o本文利用激光声信号有高声强、窄脉冲、宽频谱和可远距离激发等优点的特点以及激光声信号的声学指向性，通过控制激光声发射窗口的半径获得高的声指向性指数。在已有理论的基础上，设计l套激光声水下探测实验系统，通过对实验结论分析，对激光声信号作为水下探测的可行性展开研究。研究成果可促进水下探测技术的发展，在未来的海洋探测中具有潜在的应用前景。收稿日期：201卜06—20；修回日期：201卜07—21基金项目：武器装备预研基金项目(514000IOl05JBll01)；武器装备预研重点基金项目(9140A14060207JBll)作者简介：刘涛(1983-)，男，博士研

7、究生．主要从事激光及声特性研究。第6期刘涛，等：水下目标的激光声探测技术·71·l实验系统设计如图1所示。采用Nd：YAG激光器。输出激光脉冲宽度为8n8，波长为l064nm，可通过调整激光器灯压来改变激光脉冲能量，工作状态TEM00模式。接收水听器的频带范围为2—600kHz。消声水槽的有效空间大小为125cmxSOcm×50cm。除增透玻璃外，消声水槽的6个面上均布满吸声尖劈，这样可大大减少壁面反射的影响，确保测量的信号来自光击穿区。扩束聚焦系统的作用是增大会聚角