双频干涉型光纤激光声矢量传感器的指向性特性研究

摘要

矢量水听器通常由具有偶极子指向性的质点振速（加速度）传感器和传统的无指向性的声压传感器复合而成。其中，具有矢量探测能力的质点加速度传感器是核心部件。双频光纤激光器，已被证明可用于实现易解调、结构小巧、易于复用、高灵敏度的光纤传感器，但是截至目前为止，却鲜有报道其矢量探测能力。
　　本论文针对双频干涉型光纤激光传感器开展了以下研究，并取得了一定的成果：
　　第一，根据实验需要制作出总长度为10.5mm的双频光纤激光器。在近场声源的条件下，测试了双频干涉型光纤激光声压传感器的指向性特性。结果显示，在靠近低频时，其指向性更接近全指向性。
　　第二，设计并实现了一种基于双频光纤激光器的加速度传感器，通过限制质量块的横向位移，实现了对加速度的矢量测量。作为光纤声矢量传感器的核心部件，该结构虽然还没有特别优化设计，与普遍使用的标准加速度计（4384V。B&K）相比，在指向性上二者水平相近，具有良好的“8”字形指向性特性，并且在1 kHz以下具有平坦的频率响应特性，灵敏度为39.24kHz/（m/s2)。
　　第三，在MATLAB上使用MVDR算法对光纤矢量传感器的指向性进行了锐化和目标方位估计的仿真。声矢量传感器的自然指向性是“8”字形，其主波束宽度在90?左右，只能进行粗略的目标估计。经过MVDR算法锐化后的矢量水听器指向性，其主波束宽度约为10?，指向性指数为43.7dB,并且可以区分水平角间距大于20?的两个非相干信号。