应用于拖曳细线阵的光纤水听器研究

　　1　引言

　　光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。它具有灵敏度高、响应频带宽、抗电磁干扰、可实现水下湿端无源探测和易于大规模组阵等优点，成为水声探测技术发展的重要方向。光纤水听器采用光纤进行信息传输，抗干扰性强且传输损耗低，适合远距离大范围水下监测。拖曳细线阵声纳通过接收目标自身辐射噪声或反射回波，对目标进行定向和识别，是一种被动型声纳。相对于传统的粗线阵，拖曳细线阵阵列直径小，声阵孔径大，工作频率低，有广阔的发展前景。拖曳细线阵的关键技术在于对高性能水听器探头的研制，光纤水听器由于其自身特点很适合构建拖曳线列阵，特别是细长线阵，成为当前研究的热点。拖曳细线阵的工作方式、环境条件和结构安装等特点对光纤水听器的性能提出了许多特殊的要求，特别是加速度灵敏度和抗流噪声。由于拖曳细线阵阵列直径减小，声阵孔径变长，使得它容易受拖缆抖动及拖曳速度变化等引起的加速度噪声影响，加速度灵敏度关系到拖曳细线阵能否有效地抑制这些干扰;由于阵列直径减小使得流噪声恶化，流噪声制约了拖曳细线阵对弱信号或远距离信号的探测效能。

　　本文从光纤水听器工作原理出发，采用法拉第旋光镜偏振控制技术和相位载波(PGC)调制解调技术，分别消除了干涉型光纤水听器的偏振衰落和随机相位衰落问题，实现了对干涉型光纤水听器信号的稳定检测。并借鉴国内外在提高光纤水听器声压灵敏度、降低加速度灵敏度和抑制流噪声方面的研究成果[1～7]，优化了结构设计，在小直径的情况下，保证了较高的声压灵敏度，同时获得了较低的加速度灵敏度。

　　2　光纤水听器工作原理

　　2.1　干涉型光纤水听器工作原理

　　光纤水听器从声传感机理上可分为强度型、偏振型和干涉型3大类。由于前两种类型灵敏度较低，且不适合组阵，因此目前实用化的光纤水听器均采用干涉型。采用干涉型光纤水听器，且基于高性能的迈克耳孙干涉仪结构，如图1所示。由激光器发出的光经光隔离器后，通过3dB光纤耦合器被分为两束，分别进入干涉仪两臂，经光纤后端的反射镜反射后返回光纤耦合器进行干涉，干涉光信号经光电探测器转换为电信号，再进行信号处理就可以得到声波信息。

　　2.2　消除偏振衰落和随机相位衰落

　　在干涉型光纤水听器中，为了对信号进行稳定检测，必须要解决偏振衰落和随机相位衰落问题。偏振衰落是由光偏振态随机漂移导致的干涉信号随机涨落，为了抑制其影响，采用了法拉第旋光镜偏振控制技术。这种技术结构简单、技术成熟，并且随着法拉第旋光镜价格的不断降低，其在远距离、大规模阵列系统中的优势日益凸显。