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拖线阵用光纤矢量水听器关键技术研究

吴艳群  
【摘要】:近十年来,光纤矢量水听器得到快速发展,为矢量声学理论的发展和基于矢量探测的先进系统的应用带来新的契机。为应对安静型潜艇辐射噪声不断降低的挑战,发展高性能光纤矢量水听器拖线阵声纳,对提高探潜与反潜作战能力具有特别重要的意义,其相关研究也成为光纤水听器技术和新一代水声装备发展的前沿。 在单基元光纤矢量水听器研制技术发展的基础上,本文进行了拖线阵用光纤矢量水听器关键技术的研究。针对拖线阵对探测基元体积的苛刻要求,对光纤矢量水听器的关键元器件之一光纤耦合器进行了小型化设计,解决了微型熔融拉锥光纤耦合器工艺制作上的难题;为分析影响光纤矢量水听器性能指标的各参量的影响,建立了光纤矢量水听器系统响应的动力学模型,进行了结构参数优化,突破了光纤矢量水听器小型化的关键技术;在此基础上,分析了悬挂元件与拖曳套管中填充液体对系统探测性能的影响,为光纤矢量拖线阵性能实现提供了理论依据;进行了光纤矢量水听器系统噪声抑制以及加速度-声压灵敏度均衡设计研究,探讨了光纤矢量拖线阵阵形测量与姿态校正技术,并对其中的光纤光栅传感器提出了新的中心波长检测方法。为检验系统水下探测性能,在矢量声场建模的基础上,研究了单基元光纤矢量水听器水下定向与定位性能,通过湖试与海试验证了系统水下应用的可靠性以及矢量探测的必要性。研究了光纤矢量水听器线列阵的各类声压-振速组合波束形成器的指向性、抑制左右舷模糊和阵增益,理论分析和海试结果均表明其目标探测与定向能力优于声压阵。 本论文的主要研究结果和创新点如下: 1、提出了超熔强耦合和优化火焰温度分布的拉锥方法,实现了最小封装结构的微型熔融拉锥光纤耦合器,其长度为20mm、损耗小于0.3dB,为拖线阵用小型化光纤矢量水听器的研制奠定了基础。 2、研制了外直径为56mm的一体化结构的同振型光纤矢量水听器探测基元,其尺寸和性能均达到拖线阵应用的要求。 3、建立了包括悬挂元件和拖曳套管中充油介质等影响因素在内的光纤矢量水听器系统响应的动力学模型,全面而深入地分析了系统响应特性,为拖线阵用光纤矢量水听器的研制与成阵提供了理论依据。 4、提出了将自适应噪声相消算法与声不敏感干涉仪相结合的光纤矢量水听器系统本底噪声抑制方法,并通过湖试验证了其可行性和实用性。 5、通过对声压与加速度传感器联合系统的特性分析,提出了光纤矢量水听器加速度-声压最佳动态范围的灵敏度均衡原则,为二者灵敏度设计提供了重要依据。


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