为了实现低频段水下发生目标频率的准确识别, 搭建了一套激光干涉测量系统。在相位生成载波解调技术的基础上, 提出了一种改进的基于相位生成载波反正切算法的解调方式。在光学暗室下利用分立光学元件搭建了一套干涉实验系统, 在参考光路引入水面波动作为高频载波, 利用水表面漫反射的主反光与参考光干涉获得干涉信号。以相位生成载波解调技术的反正切算法为基础, 引入高频载波信号的一倍和二倍正弦混频。通过功率比较的算法在两组正交信号当中筛选功率较强的一组进行解调, 避免了载波初相位导致的正交信号消隐引起的解调失真。最后, 在模拟的低频大幅度海浪扰动情况下进行了探测实验, 取得了良好的解调效果。实验结果表明: 水下声源的低频探测下限约为30 Hz; 100 Hz 以上频段的频率探测精度优于1 Hz。改进的反正切解调算法能够避免解调失真, 具有很强的抗干扰能力。

由于水下振动特征极其微弱, 利用激光相干探测水表面信息, 采用传统频谱分析的方法从水面信息反演出水下振动的特征是一项艰苦的工作。故在传统频谱分析的基础上, 采用短时傅里叶变换和小波多尺度变换联合, 可有效地增强从水表面信息中获取水下振源振动特征。通过对1 000 Hz振源放置水下80 cm处振动实验的分析。结果表明, 水下振源的振动特征得到增强, 有利于目标特征的提取。

激光相干探测法从水表面获取水下声场的信息, 通过水表面反射光与参考光的干涉, 从干涉信号中提取水下振动的频率。采用频谱分析与傅里叶滤波变换的特征提取方法, 可有效地增强信号里水下声场的振动特征。振源在水下35 cm处, 分别以1 000 Hz、2 000 Hz和3 200 Hz振动, 激光相干探测从水面实时获取信息。通过对实验数据的分析表明, 激光相干探测可以有效地获取水下声场振动的信息, 傅里叶变换滤波方法能有效地增强目标的特征。

为了探测几十赫兹的低频水下声信号, 建立了水下低频声信号的光学探测系统, 得到了稳定、清晰的衍射图样.得到了衍射图样的宽度与声源距离的变化关系, 声源距离越小, 衍射图样越宽.当水下声波传至水表面后, 实验上得到了表面声波的衰减特性, 理论上得到了衍射图样的角宽度和液体表面波振幅的解析关系式.发现表面波振幅的衰减随距离是指数型衰减.并研究了衰减系数随频率的变化, 频率不同衰减系数也不同, 而且频率越大, 衰减系数越小.

激光声作为水下声源的一种新的激发方法,具有高声强、窄脉冲、宽频谱和可远距离激发等优点。为分析激光击穿液体辐射声波特性及应用于水下目标探测的性能,在光击穿形成单点球源辐射声波条件下,推导了激光声的远场声辐射模型,设计了激光声实验测量系统。采用测量水听器对激光击穿水激发的声波信号的时域特征、频谱特征、激光声信号与激光能量相关性、水下传输特性进行了测量,并在消声水池中利用激光声信号对弱小目标进行了探测实验,得到了激光声波信号的相关特性规律。研究结果有助于推动激光声探测水下目标的深入开展。