水中运动目标声光尾流探测方法研究

Accoding to the condition that the optical wake detection to detect moving target in water can only judge whether there is a wake exist and the acoustic detection is gradually losing its advantage with the using of the stealth technology, a new acousto- optic wake detection method is proposal in this project. In this project, a acoustic transducer is used to produce volume phase grating in water, the grating diffraction affects is used to getting the best wake scatterred light signal and to effectively reduce the backscatter influence of the illuminating beam on the wake scatterred light. Coherent reception is also used for detecting bubble distribution, the turbulent velocity distribution in the wake and the wake section shape of the moving target in water by measuring the Doppler frequency of the scatterered light. The parameters of the moving target in water like distance,speed and tonnage can be acquired from the relationship between them and the distribution character of the bubble and the turbulence in wake. This work lays a theoretical and experimenal foundation for prectics of the acousto-optic wake detection.

尾流光电探测是水中目标探测和跟踪的前沿课题之一，针对水中运动目标光尾流探测仅能判断尾流是否存在、传统声探测方法随着隐身技术的采用逐渐失去优势这一技术现状，本项目提出一种水中运动目标声光探测尾流新方法。采用水声换能器在水中产生体相位光栅，利用体光栅衍射效应在获得最大尾流散射光信号的同时有效降低光束传播时后向散射的影响；采用相干接收，通过测量尾流中气泡、湍流等散射体光学多普勒频移谱实现对水中运动目标尾流的气泡空间分布、湍流流速分布和尾流断面形状的检测。根据尾流中气泡、湍流的分布特征与运动目标距离、速度和吨位等之间的关系，从而获取水中运动目标的这些相关参数，为声光尾流探测的应用奠定理论和实验基础。

尾流光电探测是水中目标探测和跟踪的前沿课题之一，针对水中运动目标光尾流探测仅能判断尾流是否存在、传统声探测方法随着隐身技术的采用逐渐失去优势这一技术现状，本项目提出水中运动目标声尾流及气泡尾流光学探测方法的研究。对水中运动目标尾流声波场及尾流气泡相干光学探测方法开展了相关理论与实验研究。.在理论研究方面，利用蒙特卡洛（Monte Carlo）方法建立了尾流气泡群后向散射多普勒频移理论模型，理论研究了尾流气泡群的特征与后向散射激光多普勒频移信号特征之间的关系。重点分析了气泡数密度和气泡群速度分布对后向散射光信号多普勒频移谱特性的影响。提出以后向散射光频谱宽度、截止频率等特征参量检测作为舰船尾流识别的新方法。此外还建立了理想声尾流、气泡尾流模型，对声波场作用下尾流中微粒、气泡的运动特性进行分析，研究了声波的频率、强度对尾流中气泡和微粒的运动状态的影响。.在实验方面，建立了差动相干探测实验系统，利用差动激光多普勒探测法，研究了能够探测尾流中气泡和湍流分布的光学诊断方法。实验研究了模拟尾流场中运动气泡及湍流的后向散射光的多普勒频移谱特性，获得了模拟尾流场的流速，测量值与实际流速误差小于1.5％。建立了零差相干探测实验系统，实验研究了模拟尾流场中运动气泡及湍流的后向散射光的多普勒频移谱特性，获得了模拟尾流场中气泡速度分布。研究了低频声场作用下尾流散射光的频率偏移、能量变化规律及散射光特性随噪声波形/频率/幅值的变化规律，其结果与理论分析相一致。从理论和实验上证明了利用外差相干探测技术实现对声尾流和气泡尾流探测的可行性。