一種利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光纖傳感及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)包括：寬光譜光源、光纖干涉系統(tǒng)、傳感光纖、光電檢測、數(shù)據(jù)采集卡和信號處理平臺；傳感光纖利用全光纖傳感探頭構(gòu)成光纖聲傳感器陣列，利用波分復(fù)用實現(xiàn)多路光信號的同時采集；光源發(fā)出的光輸入光纖干涉系統(tǒng)，施加于傳感光纖上的信號經(jīng)過干涉系統(tǒng)進(jìn)行干涉，經(jīng)光電檢測器檢測后采集進(jìn)計算機(jī)，信號處理平臺對接收到的聲信號進(jìn)行處理，得到聲源位置信息，顯示聲源位置坐標(biāo)。光纖聲傳感器陣列由基于Sagnac環(huán)的干涉光路構(gòu)成，或者由基于反饋式的干涉光路構(gòu)成。本發(fā)明確定聲源位置,具有探測聲音頻帶寬,抗電磁干擾，耐腐蝕等特點,可用于探測低空飛行物及水下潛艇等。
【專利說明】
-種利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光纖傳感及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種利用光纖探測聲源位置 的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，雷達(dá)面臨著電子干擾、反福射導(dǎo)彈、低空突防和隱身技術(shù)等威脅。武裝直 升機(jī)和精確制導(dǎo)巡航導(dǎo)彈等低空飛行目標(biāo)能夠在150mW下高度的雷達(dá)盲區(qū)活動，地面常規(guī) 雷達(dá)探測低空目標(biāo)有其固有的弱點，使雷達(dá)控制的防空系統(tǒng)很難有效地發(fā)揮作用，對要點 防御系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。2011年5月2號美國利用超低空飛行的4架隱身武裝直升機(jī)深入 己基斯坦內(nèi)部擊斃本-拉登事件，足W證明超低空突防的有效性。面對超低空飛行武器的威 脅，聲陣列無源定位技術(shù)再度引起人們的廣泛重視，并不斷取得新的進(jìn)展。聲測定位技術(shù)具 有通視條件好、不受煙霧阻擋、隱蔽性強(qiáng)的特點，特別是對于超近距離的雷達(dá)盲區(qū)，可W彌 補(bǔ)雷達(dá)探測的不足，因此在軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，有很好的發(fā)展?jié)摿??；诠饫w聲傳 感器構(gòu)成的陣列即是一個能有效實現(xiàn)聲陣列無源定位的方式。另外，我國有漫長的海岸線、 眾多的港口、迂闊的海疆，而且經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)集中在沿海，因此大力發(fā)展反潛戰(zhàn)系統(tǒng)，對于 防止敵人潛艇水下入侵和潛艇導(dǎo)彈的突襲，保衛(wèi)神圣的海疆和社會主義建設(shè)具有重要的戰(zhàn) 略意義。
[0003] 本發(fā)明基于波分復(fù)用的光纖干設(shè)系統(tǒng)，利用光纖環(huán)作為聲音探測器，完成對聲源 的定位。由于光纖耐腐蝕、抗電磁干擾的特性及探測頻帶寬等獨特優(yōu)勢，利用本發(fā)明構(gòu)造的 聲源位置探測系統(tǒng)性能將優(yōu)于傳統(tǒng)麥克風(fēng)陣列。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種簡單有效的探測聲源位置的系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明提供的探測聲源位置的系統(tǒng)，利用光纖技術(shù)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，具 體包括:寬光譜光源、光纖干設(shè)系統(tǒng)、傳感光纖、光電檢測、數(shù)據(jù)采集卡和信號處理平臺。其 中，傳感光纖用于聲信號的采集，該傳感光纖利用全光纖傳感探頭構(gòu)成光纖聲傳感器陣列， 利用波分復(fù)用實現(xiàn)多路光信號的同時采集;工作時，光源發(fā)出的光輸入光纖干設(shè)系統(tǒng)，使得 施加于傳感光纖上的信號經(jīng)過干設(shè)系統(tǒng)進(jìn)行干設(shè)，經(jīng)光電檢測器檢測后采集進(jìn)計算機(jī)，經(jīng) 計算機(jī)中信號處理平臺對多路接收到的聲信號進(jìn)行處理，得到聲源位置信息，在顯示聲源 位置坐標(biāo)。
[0006] 本發(fā)明提出的光纖聲傳感器陣列，是基于波分復(fù)用的，其結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。
[0007] 圖2為基于Sagnac環(huán)的干設(shè)光路構(gòu)成的光纖聲傳感器陣列，它包括:寬光譜光源1， 3X3光纖禪合器2(其有四個端口3、4、11、12)，延遲光纖線圈5,作為探頭的傳感光纖(傳感光 纖采用雙對稱繞法在聚四氣乙締空屯、圓柱上繞制成的光纖線圈）陣列8、9、10、……，S個波 分復(fù)用器件6、7、13,多路同步光電探測器14和信號處理終端15。其中，光纖禪合器2的端口 11輸入端口，接收寬光譜光源1發(fā)出的光;端口 12為輸出端口，依次與波分復(fù)用器件13、多路 同步光電探測器14和信號處理終端15連接;光纖禪合器2的端口 3連接延遲光纖線圈5,延遲 光纖線圈5連接波分復(fù)用器件6;光纖禪合器2的端口 4連接波分復(fù)用器件7;波分復(fù)用器件6 與波分復(fù)用器件7之間并聯(lián)傳感光纖陣列，從而構(gòu)成多個Sagnac環(huán)路。
[0008] 采用Sagnac環(huán)路的光纖聲傳感器陣列的光路特征是：寬光譜光源1發(fā)出的光由光 纖禪合器2的端口 11進(jìn)入3X3光纖禪合器2，經(jīng)過該光纖禪合器2被分為兩束光，分別經(jīng)過端 口3、4,在Sagnac環(huán)中沿順時針方向和逆時針方向進(jìn)行傳輸;經(jīng)過波分復(fù)用器件6、7,由于波 分復(fù)用器件6、7的存在，運兩束光都會按照波長分成多路，分別進(jìn)入多個傳感光纖8、9、10 等，在每個傳感光纖線圈中傳輸?shù)墓獾牟ㄩL都互不相同，即每個Sagnac環(huán)回路中傳輸?shù)墓?的波長不同；當(dāng)有聲信號作用在某傳感光纖線圈（如傳感光纖線圈8)上時，在其中傳輸?shù)墓?會受到相位調(diào)制，且相位調(diào)制幅度與施加的聲壓信號成正比。由于延時光纖線圈5的存在， 沿順時針方向和逆時針方向傳輸?shù)膬墒獾竭_(dá)傳某感光纖線圈（如傳感光纖線圈8)的時間 不同，即受到相位調(diào)制的時間不同。所W當(dāng)運兩束光回到光纖禪合器2時，具有一定的相位 差，從而在其中發(fā)生干設(shè)。其他每個Sagnac環(huán)回路中傳輸?shù)墓舛冀?jīng)過了相似的過程發(fā)生干 設(shè)，所W在光纖禪合器2的輸出端12會得到各個波長的干設(shè)光信號。干設(shè)光信號經(jīng)過波分復(fù) 用器件13后按照相應(yīng)的波長分成多路，各路干設(shè)光信號分別被多路同步光電探測器14接 收，然后輸入到信號處理終端15,對多路干設(shè)信號進(jìn)行分析計算，獲得聲源的位置信息。
[0009] 圖3為基于反饋式的干設(shè)光路構(gòu)成的光纖聲傳感器陣列，它包括寬光譜光源16， 3X3光纖禪合器17 (其有四個端口 18、19、31、32 )，2X2光纖禪合器23 (其有S個端口 21、22、 24)，延遲光纖線圈20，作為探頭的傳感光纖陣列26、27、28、……，反射鏡30,=個波分復(fù)用 器件25、29、33，多路同步光電探測器34和信號處理終端35;其中，3X3光纖禪合器17的端口 31為輸入端口，接收寬光譜光源16發(fā)出的光;端口 32為輸出端口，依次連接波分復(fù)用器件 33、多路同步光電探測器34和信號處理終端35;3X3光纖禪合器17的端口 18連接延遲光纖線 圈20,延遲光纖線圈20連接2X2光纖禪合器23的端口 21,3X3光纖禪合器17的端口 19連接2X2 光纖禪合器23的端口 22; 2X2光纖禪合器23的端口 24連接波分復(fù)用器件25;波分復(fù)用器件25 與波分復(fù)用器件29之間并聯(lián)傳感光纖陣列26、27、28、……；波分復(fù)用器件29與反射鏡30連 接。
[0010] 采用反饋式結(jié)構(gòu)的光纖聲傳感器陣列的光路特征是：寬光譜光源16由端口 31進(jìn)入 3X3光纖禪合器17,經(jīng)過分光，光纖禪合器17的端口 18的分光經(jīng)過延時光纖20進(jìn)入2X2光纖 禪合器23，端口 18的分光直接進(jìn)入光纖禪合器23;光從光纖禪合器23的端口 24出來后通過 波分復(fù)用器件25分成多路，分別進(jìn)入傳感光纖陣列26、27、28、……，感應(yīng)外界聲信號，然后 經(jīng)過波分復(fù)用器件29合成一束，之后經(jīng)過反射鏡30,從反射鏡反射回的光依次經(jīng)過波分復(fù) 用器件29,光纖傳感陣列26、27、28、……，波分復(fù)用器件25,然后通過端口 24進(jìn)入2X2光纖禪 合器23，之后通過端口 22和端口 19進(jìn)入3X3光纖禪合器17，形成順時針方向的相干光；另一 路相干經(jīng)過3X3光纖禪合器17后，從端口 19和端口 22進(jìn)入2X2光纖禪合器23，再由端口 24通 過波分復(fù)用器件25,光纖傳感陣列26、27、28、……，波分復(fù)用器件29，經(jīng)反射鏡30后再回到 光纖禪合器23,然后通過端口 21、延時光纖20、端口 18進(jìn)入光纖禪合器17,形成逆時針方向 的相干光;兩束相干光在光纖禪合器17中發(fā)生干設(shè)，將攜帶有聲音信號引起的相位變化的 干設(shè)光信號由端口32輸出，輸出的干設(shè)光信號經(jīng)過波分復(fù)用器件33后按照相應(yīng)的波長分成 多路，各路干設(shè)光信號分別被光電探測器34接收，然后輸入到信號處理終端35，對多路干設(shè) 信號進(jìn)行分析計算，獲得聲源的位置信息。
[0011] 當(dāng)光纖傳感陣列周圍有聲源時，各個光纖聲傳感探頭接收到的聲音信號之間會有 一定時間差，根據(jù)聲音信號的到達(dá)時間差(TDOA)可W對聲源進(jìn)行定位。選擇一路信號作為 參考信號，通過互相關(guān)函數(shù)來計算每路信號與參考信號的時間延遲。在計算互相關(guān)函數(shù)之 前還可W加入歸一化和濾波的處理，從而使互相關(guān)估計得到的時延值更準(zhǔn)確。另外，在信號 處理中也可W采用波束形成技術(shù)(如自適應(yīng)濾波等）W及高分辨率譜估計技術(shù)(如MUSIC算 法)來實現(xiàn)陣列定位。如果是對多聲源定位的情況，可W通過特征子空間類算法來得到聲源 數(shù)目的信息。
[0012] 本發(fā)明中，圖2和圖3中左邊虛線框內(nèi)可W做成一個模塊，右邊虛線框內(nèi)的光纖傳 感探頭陣列可W做在一個支架上，便于自由布設(shè)。本發(fā)明中利用多路信號的到達(dá)時間差來 進(jìn)行定位，可W不用解調(diào)干設(shè)光信號，系統(tǒng)相對簡單。此外，還可W通過選擇不同的接收信 號作為參考信號進(jìn)行多次計算，增加定位結(jié)果的可靠性。本發(fā)明中的光纖傳感探頭具有耐 腐蝕、抗電磁干擾的特性及探測頻帶寬等獨特優(yōu)勢，而且不易被探測，對聲信號進(jìn)行被動接 收，可W應(yīng)用于一些特殊場合。
【附圖說明】
[0013] 圖1是利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0014] 圖2是基于Sagnac環(huán)的光纖聲傳感器陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3是基于反饋式的光纖聲傳感器陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明【具體實施方式】的傳感探頭排列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖5是本發(fā)明【具體實施方式】中采集到的8路聲音信號片段。
[0018] 圖6是本發(fā)明【具體實施方式】中8路信號經(jīng)過歸一化和濾波處理后的信號片段。
[0019] 圖7是本發(fā)明【具體實施方式】中對聲源位置的定位結(jié)果。
【具體實施方式】
[0020] 在本實施例中，利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，具體包括光 源、光纖干設(shè)系統(tǒng)、光纖傳感探頭、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡、信號處理平臺。所用的光源為 電子集團(tuán)總公司44研究所生產(chǎn)的S03-B型超福射發(fā)光管(SLD)型寬光譜穩(wěn)定光源，工作中屯、 波長為1550nm。光纖干設(shè)系統(tǒng)中所用的光纖禪合器為武漢郵電研究院生產(chǎn)的單模光纖禪合 器。光電探測器為44所生產(chǎn)的型號為GT322C500的InGaAs光電探測器。所用的光纖為美國康 寧公司生產(chǎn)的G652型單模光纖。光源與干設(shè)系統(tǒng)、干設(shè)系統(tǒng)與探測器的連接方式是FC/PC跳 線連接。數(shù)據(jù)采集卡為美國化tional Instruments公司的型號為9234的采集卡。信號處理 平臺用LabVIEW語言搭建。
[0021] 本實施方式采用圖2所示光路結(jié)構(gòu)，采用8路波分復(fù)用系統(tǒng)，8個光纖傳感探頭擺成 如圖4所示的圓形陣列。本實施方式中采用基于到達(dá)時間差的方法對單一聲源進(jìn)行定位，采 用互相關(guān)函數(shù)法對接收到的8路信號之間的時間差進(jìn)行估計。通過遞推相減的方法將求解 聲源位置的方程組化成非齊次線性方程組，然后由此解得聲源的位置。具體計算過程如下：
[0022] 光纖聲傳感器接收到的聲信號模型描述如下：
[0023] xi(t) = ais(t-Tij)+ni(t) (I)
[0024] 其中，s(t)表示聲源信號，ai是聲波傳播的衰減因子(在后面的計算中，我們假設(shè)曰1 =1)，了^為各傳感探頭之間的時延，山(*)為噪聲。兩麥克風(fēng)的接收信號^(*)和^(*)的互相 關(guān)函數(shù)為：
[0025]
(2)
[00%]其中，E表示卷積。將(1)代入(2)式，并進(jìn)行展開可得：
[0027]
巧)
[002引在噪聲較低的情況下，（3)式中的后S項可W忽略，即：
[0029]
口）
[0030] 由（4)式可得，當(dāng)Xi(t)和Xj(t)的互相關(guān)函數(shù)取最大值時，Rss(T-Tij)也取最大值， 又因為Rss(T-Tij)^Rss(O),所W當(dāng)Rss(T-Tij)取最大值時有T = Tij,互相關(guān)函數(shù)的最大值對 應(yīng)的T即為兩路信號的時延T。因此，根據(jù)互相關(guān)函數(shù)的峰值即可W得出兩麥克風(fēng)接收信號 之間的時延。
[0031] 將第i個聲傳感探頭所處的空間位置的坐標(biāo)表示為(Xl，yl，Zl)，聲源位置的坐標(biāo)為 (x，y，z)，聲速為c，聲音從聲源傳播至第i個聲傳感探頭的時間為tl。選擇第l路信號作為參 考信號，對第i路信號，有：
[0032] (4)
[0033] 為傳感探頭陣列的中屯、圓半徑，n為麥克風(fēng) 個數(shù)。Tl為第i路信號與第1路信號之間的時延值，由互相關(guān)估計所得，當(dāng)i = l時，Ti = 〇。
[0034] 則對第i路和第i+1路信號，有：
[0035]
(6)
[0036] 將(6)中的兩式相減可得：
[00371
巧）
[0038]對i = l，2,…，7,分別進(jìn)行上述操作，可得到7個形如（7)式的式子，將其化成矩陣 形式為：
[0039]
(8)
[0040] 通過求解非齊次線性方程組即可得到x、y和ti的值，再根據(jù)
可W求出Z的值，由此即得到了聲源位置的坐標(biāo)(x，y，z)。運種計算方法中可W通過改變程 序中的參數(shù)Xl、yl、Zl，對陣列中不同的麥克風(fēng)數(shù)量及分布角度的情形很方便地進(jìn)行擴(kuò)展。需 要注意的是，當(dāng)Ti+i-Ti = 〇(i = l，2,…，7)時，由（8)式無法解得ti的值。此時聲源位于麥克風(fēng) 陣列圓環(huán)的中軸線上（即x = y = 0)，可W通過改變陣形或者采用其他方法重新計算得出聲 源位置的Z坐標(biāo)的值。
[0041] 在上述計算過程中，選擇第1路接收信號作為參考信號，同理可W選擇其他路信號 作為參考信號，可W求出8次估計聲源的位置，對運些結(jié)果取平均，可W得到多次判斷平均 的聲源位置結(jié)果。
[0042] 本實施方式中，采集到的采集到的8路聲音信號圖像片段如圖5所示。圖6是本發(fā)明 【具體實施方式】中采集到的8路信號經(jīng)過歸一化和濾波處理后的圖像片段。本實施方式中，在 空間一位置發(fā)出了一個聲音信號，其定位結(jié)果如圖7所示。圖中Al，A2,…，A8分別為8個光纖 傳感探頭在空間坐標(biāo)軸中的位置。在陣列上方圓環(huán)中軸線附近給定一聲源，由之前所述算 法計算得到目標(biāo)聲源的坐標(biāo)值為(0.6,1.7,9.8)，單位為cm,與實際聲源位置相符。由此可 知，本發(fā)明系統(tǒng)可W測得聲源的位置信息，具有實用性。
【主權(quán)項】
1. 一種利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)，其特征在于，具體包括：寬光譜光源、光纖干涉 系統(tǒng)、傳感光纖、光電檢測、數(shù)據(jù)采集卡和信號處理平臺；其中，傳感光纖用于聲信號的采 集，該傳感光纖利用全光纖傳感探頭構(gòu)成光纖聲傳感器陣列，利用波分復(fù)用實現(xiàn)多路光信 號的同時采集;工作時，光源發(fā)出的光輸入光纖干涉系統(tǒng)，使得施加于傳感光纖上的信號經(jīng) 過干涉系統(tǒng)進(jìn)行干涉，經(jīng)光電檢測器檢測后采集進(jìn)計算機(jī)，經(jīng)計算機(jī)中信號處理平臺對多 路接收到的聲信號進(jìn)行處理，得到聲源位置信息，在顯示聲源位置坐標(biāo)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖聲 傳感器陣列，是基于波分復(fù)用的，具體由基于Sagnac環(huán)的干涉光路構(gòu)成，它包括：寬光譜光 源（1)，3X3光纖耦合器(2)，其有四個端口（3、4、11、12)，延遲光纖線圈（5)，作為探頭的傳感 光纖陣列(8、9、10、……），三個波分復(fù)用器件(6、7、13)，多路同步光電探測器（14)和信號處 理終端（15);其中，3X3光纖耦合器(2)的第一端口（ 11)為輸入端口，接收寬光譜光源（1)發(fā) 出的光，其第二端口（12)為輸出端口，依次與第三波分復(fù)用器件（13)、多路同步光電探測 器（14)和信號處理終端（15)連接；3X3光纖耦合器（2)的第三端口（3)連接延遲光纖線圈 (5)，延遲光纖線圈（5)連接第一波分復(fù)用器件(6) ;3X3光纖耦合器2的第四端口（4)連接第 二波分復(fù)用器件(7);第一波分復(fù)用器件(6)與第二波分復(fù)用器件(7)之間并聯(lián)傳感光纖陣 列（8、9、10、......），從而構(gòu)成多個Sagnac環(huán)路； 采用Sagnac環(huán)路的光纖聲傳感器陣列的光路是：寬光譜光源（1)發(fā)出的光由3X3光纖耦 合器(2)的第一端口（11)進(jìn)入3X3光纖耦合器(2)，經(jīng)過該3X3光纖耦合器(2)被分為兩束光， 分別經(jīng)過其第三端口（3)、第四端口（4)，在Sagnac環(huán)中沿順時針方向和逆時針方向進(jìn)行傳 輸;經(jīng)過第一波分復(fù)用器件(6)、第一波分復(fù)用器件(7)，由于第一波分復(fù)用器件(6)、第一波 分復(fù)用器件（7)的存在，這兩束光都會按照波長分成多路，分別進(jìn)入傳感光纖陣列（8、9、 10、……），在每個傳感光纖線圈中傳輸?shù)墓獾牟ㄩL都互不相同，即每個Sagnac環(huán)回路中傳 輸?shù)墓獾牟ㄩL不同；當(dāng)有聲信號作用在某傳感光纖線圈上時，在其中傳輸?shù)墓鈺艿较辔?調(diào)制，且相位調(diào)制幅度與施加的聲壓信號成正比；由于延時光纖線圈（5)的存在，沿順時針 方向和逆時針方向傳輸?shù)膬墒獾竭_(dá)傳某感光纖線圈的時間不同，即受到相位調(diào)制的時間 不同；當(dāng)這兩束光回到3X3光纖耦合器(2)時，具有一定的相位差，從而在其中發(fā)生干涉；其 他每個Sagnac環(huán)回路中傳輸?shù)墓舛冀?jīng)過相似的過程發(fā)生干涉;在3X3光纖耦合器(2)的輸出 端口（12)得到各個波長的干涉光信號;干涉光信號經(jīng)過第三波分復(fù)用器件（13)后按照相應(yīng) 的波長分成多路，各路干涉光信號分別被多路同步光電探測器（14)接收，然后輸入到信號 處理終端(15)，對多路干涉信號進(jìn)行分析計算，獲得聲源的位置信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖聲傳 感器陣列，是基于波分復(fù)用的，具體由基于反饋式的干涉光路構(gòu)成，它包括寬光譜光源 (16)，3X3光纖耦合器（17)，其有四個端口（18、19、31、32)，2X2光纖耦合器(23)，其有三個端 口（ 21、22、24)，延遲光纖線圈（20)，作為探頭的傳感光纖陣列（26、27、28、……），反射鏡 (30)，三個波分復(fù)用器件（25、29、33)，多路同步光電探測器（34)和信號處理終端（35);其 中，3X3光纖耦合器（17)的第一端口（31)為輸入端口，接收寬光譜光源（16)發(fā)出的光，第二 端口（32)為輸出端口，其依次連接第三波分復(fù)用器件（33)、多路同步光電探測器(34)和信 號處理終端(35) ; 3X3光纖耦合器（17)的第三端口（ 18)連接延遲光纖線圈（20)，延遲光纖線 圈（20)連接2X2光纖耦合器(23)的第一端口（21)，3X3光纖耦合器（17)的第四端口（19)連接 2X2光纖耦合器(23)的第二端口（22) ;2X2光纖耦合器(23)的第三端口（24)連接第一波分復(fù) 用器件(25);第一波分復(fù)用器件(25)與第二波分復(fù)用器件(29)之間并聯(lián)傳感光纖陣列(26、 27、28、……）;第二波分復(fù)用器件(29)與反射鏡(30)連接； 采用反饋式結(jié)構(gòu)的光纖聲傳感器陣列的光路是：寬光譜光源（16)由3X3光纖耦合器 (17) 的第一端口（31)進(jìn)入3X3光纖耦合器（17)，經(jīng)過分光，3X3光纖耦合器（17)的第三端口 (18) 的分光經(jīng)過延時光纖（20)進(jìn)入2X2光纖耦合器（23)，3X3光纖耦合器（17)的第四端口 (19) 的分光經(jīng)過2X2光纖耦合器（23)的第二端口（22)直接進(jìn)入2X2光纖耦合器（23);光從 2X2光纖耦合器(23)的第三端口（24)出來后通過第一波分復(fù)用器件（25)分成多路，分別進(jìn) 入傳感光纖陣列(26、27、28、……），感應(yīng)外界聲信號，然后經(jīng)過第二波分復(fù)用器件(29)合成 一束，之后經(jīng)過反射鏡(30)，從反射鏡反射回的光依次經(jīng)過第二波分復(fù)用器件(29)，光纖傳 感陣列（26、27、28、……），第一波分復(fù)用器件（25)，然后通過2X2光纖耦合器(23)的第三端 口（24)進(jìn)入2X2光纖耦合器(23)，之后通過2X2光纖耦合器(23)的第二端口（22)和3X3光纖 耦合器（17)的第四端口（19)進(jìn)入3X3光纖耦合器（17)，形成順時針方向的相干光；另一路相 干經(jīng)過3X3光纖耦合器（17)后，從3X3光纖耦合器（17)的第四端口（19)和2X2光纖耦合器 (23)的第二端口（22)進(jìn)入2X2光纖耦合器(23)，再由2X2光纖耦合器(23)的第三端口（24)通 過第一波分復(fù)用器件(25)，光纖傳感陣列（26、27、28、……），第二波分復(fù)用器件(29)，經(jīng)反 射鏡(30)后再回到2X2光纖耦合器(23)，然后通過2X2光纖耦合器(23)的第一端口（21)、延 時光纖(20)、3X3光纖耦合器（17)的第三端口（ 18)進(jìn)入3X3光纖耦合器（17)，形成逆時針方 向的相干光;兩束相干光在3X3光纖耦合器(17)中發(fā)生干涉，將攜帶有聲音信號引起的相位 變化的干涉光信號由3X3光纖耦合器（17)的第二端口（32)輸出，輸出的干涉光信號經(jīng)過第 三波分復(fù)用器件(33)后按照相應(yīng)的波長分成多路，各路干涉光信號分別被光電探測器(34) 接收，然后輸入到信號處理終端（35)，對多路干涉信號進(jìn)行分析計算，獲得聲源的位置信 息。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的利用光纖探測聲源位置的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)光纖傳感 陣列周圍有聲源時，各個光纖聲傳感探頭接收到的聲音信號之間會有一定時間差，根據(jù)聲 音信號的到達(dá)時間差可以對聲源進(jìn)行定位:選擇一路信號作為參考信號，通過互相關(guān)函數(shù) 來計算每路信號與參考信號的時間延遲;在計算互相關(guān)函數(shù)之前加入歸一化和濾波的處 理，使互相關(guān)估計得到的時延值更準(zhǔn)確。
【文檔編號】G01S5/16GK106019228SQ201610520140
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】吳紅艷, 王翦, 賈波
【申請人】復(fù)旦大學(xué)