[发明专利]一种基于声光效应的水下多波束回波精密探测方法

说明书

本发明公开了一种基于声光效应的水下多波束回波精密探测方法，包括：构建由激光器、1/2波片、电光调制器、偏振片、扩束器、高速相机、同步信号源、第一信号发生器、第二信号发生器、功率放大器、以及超声探头构成的多波束回波精密探测装置；设置激光器的工作状态为稳强模式，保证出射激光的强度稳定；激光经1/2波片、电光调制器、偏振片后，产生一束强度调制激光，设置其调制频率与超声频率相同；激光经过扩束器扩束后，成为面结构光；面结构光穿过超声回波作用区域，发生声光效应；高速相机接收穿过超声声场的出射光信息，利用四步相移法对高速相机获得的图像进行分析，获得高精度的回波声场信息。本发明实现了对多波束回波的精密探测。

技术领域

本发明涉及水下声场探测领域，尤其涉及一种利用声光效应进行声波的光学解析，从而实现多波束回波的高精度探测，改良现有的多波束水深测量和声呐成像的方法。

背景技术

从广义的角度来讲，海洋测绘是一门对海洋表面及海底形状和性质参数进行准确测量和描述的科学。一切海洋活动，无论是经济、军事还是科学研究，像海上交通、海洋地质调查和资源开发、海洋工程建设、海洋疆界勘定、海洋环境保护、海底地壳和板块运动研究等，都需要海洋测绘提供不同种类的海洋地理信息要素、数据和基础图件。因此可以说，海洋测绘在人类开发和利用海洋活动中扮演着“先头兵”的角色，是一项基础而又非常重要的工作。随着人类对海洋资源和环境开发研究活动的不断加强，人们对海底地形地貌的要求日益提高，传统的单波束测深技术由于测量效益和精度上的局限，已无法满足各种新生的需求。也正是在此背景下，代表当代海洋测量高新技术发展水平的多波束测深系统应运而生，并已在人类认识和开发海洋中扮演着越来越重要的角色。

多波束测深系统是在回声测深仪的基础上发展起来的。顾名思义，多波束测深系统能一次给出与航向垂直的垂面内几十甚至上百个海底被测点的水深值，或者一条一定宽度的全覆盖水深条带，所以它能精确地、快速地测出一定宽度内水底地貌的大小、形状和高低变化，从而比较可靠地描绘出海底地形地貌的精细特征。

新型的多波束测深声呐系统一般兼有侧身声呐和侧扫声呐2种功能。多波束测深声呐系统中最重要的是精确测量海底回波的到达时间和到达方位。传统多波束换能器基元的物理结构是压电陶瓷，其作用在于实现声能和电能之间的相互转换。当海底回波打击到压电陶瓷上时，压电陶瓷同样产生压力，并随着压力的变化产生相应的电压。但是利用超声换能器进行声电转换，转换时间较长，并且依赖于机械振动，分辨能力受限，同时换能器本身有一定的体积，在测量回波声场时会对声场造成干扰。

发明内容

本发明提供了一种基于声光效应的水下多波束回波精密探测方法，本发明基于水下声光效应作用原理，结合高精度水深测量和声呐成像的需要，实现对多波束回波的精密探测，详见下文描述：

一种基于声光效应的水下多波束回波精密探测方法，所述探测方法包括以下步骤：

构建由激光器、1/2波片、电光调制器、偏振片、扩束器、高速相机、同步信号源、第一信号发生器、第二信号发生器、功率放大器、以及超声探头构成的多波束回波精密探测装置；

设置激光器的工作状态为稳强模式，保证出射激光的强度稳定；

激光经1/2波片、电光调制器、偏振片后，产生一束强度调制激光，设置其调制频率与超声频率相同；

激光经过扩束器扩束后，成为面结构光；面结构光穿过超声回波作用区域，发生声光效应；

高速相机接收穿过超声声场的出射光信息，利用四步相移法对高速相机获得的图像进行分析，获得高精度的回波声场信息。

进一步地，所述激光器、1/2波片、电光调制器、偏振片、扩束器、水槽、以及高速相机位于同一水平线上。

其中，所述同步信号源保证第一信号发生器、第二信号发生器的同步，激光的调制频率与超声频率相同。