可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉仪及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115235602A(43)申请公布日2022.10.25(21)申请号202210832222.4(22)申请日2022.07.15(71)申请人中国人民解放军海军工程大学地址430030湖北省武汉市硚口区解放大道717号(72)发明人徐丹宋文章黄俊斌顾宏灿刘文姚高飞吴俊(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401专利代理师张晓博(51)Int.Cl.G01H9/00(2006.01)G01B9/02015(2022.01)G01B9/02056(2022.01)权利要求书3页说明书10页附图4页(54)发明名称可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉仪及方法(57)摘要本发明属于水听器解调技术领域，公开了一种可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉仪及方法，对基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊光纤干涉仪进行改进，在干端引入DFB光纤激光器作为参考光源，实现差分探测；采用改进的自适应噪声抵消技术，将变步长最小均方算法和B样条小波变换相结合，对干涉仪的噪声进行处理。本发明的光纤激光水听器解调干涉方法与在湿端引入参考传感器的干涉仪降噪方法相比，能降低系统噪声本底约30dB，考虑到DFBFL水听器的解调系统在搭载UUV的实际工作环境下面临强振动干扰的实际情况，通过将干端的参考光源保持隔振隔声状态，有效消除宽频带背景噪声的干扰，避免给实际水声探测带来不利影响，更具有实用价值。CN115235602ACN115235602A权利要求书1/3页1.一种可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉方法，其特征在于，所述可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉方法包括：对基耦合器的非平衡迈克尔逊光纤干涉仪进行改进，在干端引入DFB光纤激光器作为参考光源，实现差分探测；采用改进的自适应噪声抵消方法将变步长最小均方算法和B样条小波变换相结合，对干涉仪的噪声进行处理。2.如权利要求1所述的可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉方法，其特征在于，所述可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉方法包括以下步骤：步骤一，进行光路设计以及差分探测；步骤二，光电探测器接收的3路干涉信号通过NPS算法解调得到探测信号；步骤三，干涉仪噪声通过自适应噪声抵消算法去除。3.如权利要求2所述的可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉方法，其特征在于，所述步骤一中的光路设计包括：将980nm泵浦光通过980/1550nm波分复用器进入DFBFL水听器阵列的DFB光纤激光器谐振腔；当谐振腔内有源光纤提供的增益达到激光器阈值条件时，产生1550nm波段的谐振光；出射光由波分复用器的1550nm端口输出，并进入非平衡路径100m的迈克尔逊干涉仪发生干涉。4.如权利要求2所述的可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉方法，其特征在于，所述步骤一中的差分探测包括：将单独产生1550nm波段的窄线宽激光送入干涉仪的2×2耦合器的输入端，在2×2耦合器与3×3耦合器相连接的臂上插入一个3端口环形器；端口1的各路入射光全部进入端口2，从3×3耦合器的干涉臂3输出的干涉光再经由环形器的端口2输出至端口3；干涉后的信号通过3×3耦合器的3个臂输出，再经过密集波分复用器分解为不同波长，被相应光电探测器接收。5.如权利要求2所述的可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉方法，其特征在于，所述步骤三中的降噪方法包括：将水听器探测到的信号d(n)作为自适应滤波器的主输入信号，d(n)表示为：其中，为水声信号，为水听器探测到的干涉仪噪声，为对应水听器的频率噪声、电路噪声以及数字解调噪声在内的所有其它噪声项，将参考光源探测到的信号x(n)作为参考输入信号：其中，为参考光源探测到的干涉仪噪声，为对应参考光源的频率噪声、电路噪声以及数字解调噪声在内的所有其它噪声项，调节自适应滤波器抽头权系数Wn)，使参考光源监测到的干涉仪噪声在最小均方误差意义下逼近水听器探测到的干涉仪噪声成为的最佳估计并和主通道水听器探测到的干涉仪噪声相抵消；2CN115235602A权利要求书2/3页误差信号e(n)表示为：其中，为经过自适应滤波器处理后的噪声；设则误差信号e(n)的表达式简化为：式中，由于与所有噪声项均不相关，故：其中，与自适应滤波器设置无关，E[e2(n)]最小，相当于最小，也将最小，e(n)是的最佳估计；e(n)利用最小均方算法求解，根据最陡下降法的LMS算法迭代公式：e(n)＝d(n)‑y(n)＝d(n)‑XT(n)W(n)；W(n+1)＝W(n)+2μe(n)X(n)；T其中，W(n)＝[w0(n),w1(n),…,wN‑1(n(]表示自适应滤波器的权系数矢量，X(n)＝[x(n),x(n‑1),…,x(n‑N+1)]T表示输入信号