[发明专利]一种基于微结构光纤水听拖曳缆的全分布式水声传感系统

说明书

本发明公开了一种基于微结构光纤水听拖曳缆的全分布式水声传感系统，涉及水声传感领域。本发明采用光时域反射技术，实现水听拖曳缆的全分布解调。拖曳缆内部的微结构光纤可以采取间距均匀，或局部密集两种方式螺旋缠绕，均匀缠绕方式可以实现沿水听缆的全分布式声波采集，不存在传感盲区；局部密集的缠绕方式可以获得高灵敏、小尺寸的水声传感单元，实现小道距、高灵敏的水声传感单元阵列；同时，拖曳缆在结构上实现了全固态和轻量一体化，应用时可快速部署，制作工艺相对传统拖曳缆也较为简单，可实现批量化工业加工生产。总体来说，本发明可以实现高灵敏、全分布式地海洋水声传感，并且极大减小了拖曳缆的体积和重量，降低了光缆的铺设成本。

技术领域

本发明属于水声传感领域，更具体地，涉及一种基于微结构光纤水听 拖曳缆的全分布式水声传感系统。

背景技术

近年来，海洋探测的重要性越发凸显出来，并成为研究的焦点。但无 论是光波还是无线电等，在水中的传播衰减都非常大，无法满足人类海洋 活动(如水下目标探测、水下通信)等方面的需要。因此，利用声波作为 信息载体对水下目标声学特性的监测不仅在水下军事通信、导航与反潜作 战中有非常重要的地位，而且在和平时期已经成为人们认识、开发和利用 海洋资源的重要手段。

目前，光纤水听器具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐恶劣环境和水下无 电等特点，其中，基于光纤干涉仪原理的点式光纤水听器在近年来发展迅 速。基于光学干涉仪结构的多点水听拖曳缆阵列主要是采用各种高灵敏的 光学结构作为水声传感单元，比如法布里-帕罗(F-P)干涉仪、马赫曾德(MZ) 干涉仪、迈克尔逊(MI)干涉仪等。这种干涉仪结构可以将外接振动有效转化 为干涉仪中谐振波长的变化，通过各种波长解调方法或者强度解调方法，实现对水下声波的实时探测能力。

然而，光纤干涉仪结构的光纤水听器结构复杂，制备成本较高。同时， 为了实现多点传感阵列，这种点式光纤水听器的成缆方式主要利用时分、 空分和波分复用技术，然而，由于多点复用技术的复用容量有限，并且传 感网络中各个传感器之间容易产生串扰噪声，难以实现大容量的传感阵列， 因此，单点式组网的水听传感阵列的探测距离与声波探测空间密度之间存 在相互制约的关系。同时，基于点式干涉仪水听器组网的传感网络中，各 传感器之间的光传输区域无法响应声波信号，因此存在测处未变，变处未 测的测量盲区问题。而且基于干涉仪的拖曳缆其传感单元结构一般相对比 较复杂，需要精密的水下封装抵抗海洋的水压和腐蚀，导致其水听拖曳缆 的尺寸和重量往往都比较大，不利于使用时进行快速部署。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于微结构 光纤水听拖曳缆的全分布式水声传感系统，其目的在于为水下探测提供轻 量化的长距离、高灵敏的全分布式水听拖曳缆。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于微结构光纤水听拖曳缆的全 分布式水声传感系统，包括：

光源模块，用于产生探针光和本振光；

光脉冲调制模块，用于将探针光调制为超窄光脉冲，并进行光放大；

环形器，用于将超窄光脉冲注入到轻量化全分布式水听拖曳缆内的微 结构光纤，并将经过微结构光纤背向散射回来的后向瑞利散射光返回相干 接收模块；

轻量化全分布式水听拖曳缆，包括拖曳缆本体和缠绕在拖曳缆本体上 的微结构光纤；其中，微结构光纤用于对超窄光脉冲进行背向散射，形成 后向瑞利散射光，实现全分布式水下声波传感；

相干接收模块，用于将后向瑞利散射光与本振光进行干涉混频，得到 散射拍频信号，并将其转换为电拍频信号；

数据处理模块，用于对电拍频信号进行相位解调，得到沿轻量化全分 布式水听拖曳缆分布的无盲点声波信息。

进一步地，轻量化全分布式水听拖曳缆为圆形直缆结构，其中，拖曳 缆本体包括从内到外依次分布的刚性芯轴层和弹性增敏层；