[发明专利]一种基于补偿干涉的光纤水听器远程传输阵列系统及方法

说明书

本发明公开一种基于补偿干涉的光纤水听器远程传输阵列系统及方法，包括：信号发射单元，用于输入脉冲信号；补偿干涉单元，具有非平衡臂差，用于将脉冲信号转换为具有延迟的脉冲信号对并输出；光环形单元，用于传输脉冲信号对；时分复用阵列单元，具有时分复用阵列，用于对脉冲信号对进行分束、延迟，并将获取传感信号后的各延迟信号进行合束，以及将带有传感信号的时分复用干涉脉冲信号由输入输出端口传输至光环形单元的第二端口；信号接收单元，时分复用干涉脉冲信号进行解析以获得传感信号。能够大幅度提升大规模光纤水听器远程传输阵列的综合性能，使其满足光纤水听器海底岸基固定阵等相关领域的应用需求。

技术领域

本发明涉及光纤水听器技术领域，具体是一种基于补偿干涉的光纤水听器远程传输阵列系统及方法。

背景技术

光纤水听器是一种建立在光纤和光电技术基础上，利用声波对水下声学目标进行探测、定位和识别的光纤传感器。光纤水听器具有体积小、重量轻等优势，可方便地组建各种水下光纤传感网络，为解决关系海洋发展战略的水声探测和石油勘探等问题提供了理想的技术途径。光纤水听器的典型应用方式包括海底岸基固定阵、拖曳阵和浮潜标等，其中岸基阵列具有阵型稳定，可长期连续值守以及远离舰船自噪声低等优点，具有重要的应用前景。随着应用需求的不断提升，光纤水听器岸基阵列朝着超大规模、超远距离的方向发展，随之带来了远程传输噪声激增、大规模阵列的成本和制作难度增加等问题，给光纤水听器的实际应用带来考验。目前，低噪声、高可靠的大规模光纤水听器远程传输系统已经成为国内外相关机构的研究热点，初步的理论和实验结果如下：

(1)在大规模光纤水听器阵列技术层面，已有的系统方案有等臂光程补偿干涉光学方案和独立探头干涉方案等。等臂补偿干涉阵列光学结构通常由1个补偿干涉仪和1个时分复用延迟反射串构成的阵列组成。时分复用阵列由分束/合束耦合器组、延迟线圈(探头传感光纤)及反射端面等光无源器件组成，延迟线圈臂差L₁。时分复用阵列相邻通道间延迟时间差τ₁＝2L₁n/c，n为光纤折射率，c为真空中光速；补偿干涉仪为一个臂差L的非等臂马增干涉仪，其输出脉冲对的延时差τ₂＝Ln/c。等臂补偿干涉结构中设置2L₁＝L₂，补偿干涉仪输出脉冲对的时延差与时分复用脉冲通道时延差相等，即补偿后两束干涉光场的时延差Δτ＝τ₁-τ₂＝0。实际应用中，补偿干涉仪位于光发射端或接收端，时延匹配时分复用(TimeDivision Multiplexing，TDM)阵列位于湿端，两者组合后实现水听器阵列的干涉，输出光信号为包含时分复用传感信息的等臂干涉脉冲序列。国外实验室(NRL)的研究表明：补偿干涉光学结构的光纤水听器阵列延迟光纤可同时作为光纤水听器传感探头光纤，单支光纤耦合器可实现分束和合束功能。而独立探头干涉型TDM阵列结构中，每一个水听器探头均由一个迈克逊干涉仪组成，延迟光纤仅完成TDM通道延时功能。因此相比独立探头干涉型TDM阵列，光程补偿干涉TDM阵列可大大简化阵列的光学器件数目、熔接点数目以及制作工艺复杂度，在大规模成阵中具有结构简单、可靠性高和成本低等优势。因此补偿干涉光学结构是大规模光纤水听器阵列的首选光学方案。