水声低通滤波光纤水听器的理论和实验研究

论文摘要

高频混叠是影响光纤水听器系统性能的一个关键因素。为了有效解决光纤水听器系统的高频混叠问题,本论文提出了水声低通滤波方案,对小尺度结构下水声低通滤波理论及模型进行了研究,建立了适用于水下小型声滤波器的改进模型和相应理论。设计了几种简单的水声低通滤波光纤水听器,对它们的声压相位灵敏度频响特性进行了详细的理论分析、仿真和实验研究,取得了一些成果。本论文的主要研究成果和创新性如下:(1)对小尺度结构下水声低通滤波理论及模型进行了探讨。基于传统的空气声滤波模型及理论,考虑了在水中水介质弹性模量与声滤波结构弹性模量相当的与空气声滤波不同的物理状况,建立了包括声滤波器壁面弹性和声辐射影响因素的水下声滤波器改进模型和相应的滤波理论。(2)基于本论文建立的水声低通滤波理论及模型,设计了二阶、四阶和带侧支的三种水声低通滤波光纤水听器,并对它们的主要声学特性进行了理论分析、仿真和实验研究。实验结果验证了小尺度结构下水声低通滤波理论及模型的正确性。(3)为解决光纤水听器系统的高频混叠问题,提出了水声低通滤波方案。对水声低通滤波光纤水听器探测系统的抗高频混叠能力进行了初步的验证性实验。结果表明,水声低通滤波技术将是消除光纤声纳系统中高频混叠的一种行之有效的方案。(4)为满足光纤水听器宽频探测的需要,提出了一种新颖的基于光频调节的无源闭环工作点控制宽带检测方法,采用该方法可直接对基于光频调制的光纤水听器系统进行宽频探测性能的测试。本论文的工作为改善光纤水听器系统性能,特别是在水声对抗宽频干扰条件下的探测性能提供了一种有效的技术途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• §1.1 光纤水听器概述
• §1.2 干涉型光纤水听器阵列的研究现状及抗混叠要求
• §1.3 抗混叠滤波光纤水听器的研究现状及存在的问题
• §1.4 空气声滤波理论及水声滤波问题
• §1.5 本论文的研究背景及意义
• §1.6 本论文的主要工作
• 第二章 水下小型声低通滤波器的模型建立及理论研究
• §2.1 基于电-力-声类比的空气声滤波器理论及模型
• §2.1.1 电-力-声类比理论
• §2.1.2 声滤波器的集中参量模型
• §2.1.3 声滤波器等效电路的分析方法
• §2.2 适用于水下小型声滤波器的改进模型及理论
• §2.2.1 考虑壁面弹性的改进模型
• §2.2.2 滤波器各基本元件的声阻抗
• §2.2.3 光纤水听器传感轴的声阻抗
• §2.3 水下小型声滤波器的近似刚性条件
• §2.3.1 结构参数对共振频率的影响
• §2.3.2 结构参数对声压传递函数的影响
• §2.4 小结
• 第三章 水声低通滤波光纤水听器的设计、理论分析与仿真
• §3.1 二阶水声低通滤波光纤水听器的设计、理论分析与仿真
• §3.1.1 探头设计
• §3.1.2 理论分析
• §3.1.3 仿真结果与分析
• §3.2 四阶水声低通滤波光纤水听器的设计、理论分析与仿真
• §3.2.1 探头设计
• §3.2.2 理论分析
• §3.2.3 仿真结果与分析
• §3.3 带侧支的水声低通滤波光纤水听器设计、理论分析与仿真
• §3.3.1 探头设计
• §3.3.2 理论分析
• §3.3.3 仿真结果与分析
• §3.4 三种结构的比较
• §3.5 小结
• 第四章 水声低通滤波光纤水听器的实验研究
• §4.1 实验系统设计
• §4.1.1 基于光频调节的无源闭环工作点控制宽带检测方法
• §4.1.2 声压相位灵敏度的驻波罐测量技术研究
• §4.2 实验结果与分析
• §4.2.1 二阶水声低通滤波光纤水听器的实验结果
• §4.2.2 四阶水声低通滤波光纤水听器的实验结果
• §4.2.3 带侧支的水声低通滤波光纤水听器的实验结果
• §4.2.4 误差分析与讨论
• §4.3 小结
• 第五章 水声低通滤波理论及技术的应用
• §5.1 用水声低通滤波技术消除光纤水听器系统中的高频混叠
• §5.2 对比实验结果与分析
• §5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 1（ξ）dξ和（?）w₁²（ξ）dξ'>附录 求积分（?）w₁（ξ）dξ和（?）w₁²（ξ）dξ
• 作者在学期间取得的学术成果
• 致谢