兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (9): 240792-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0792
顾宏灿1, 王佳蓓1, 王鹏1,*(), 祝苗2, 姚高飞1, 黄俊斌1, 吕加庆3
收稿日期:
2024-09-04
上线日期:
2025-09-24
通讯作者:
基金资助:
GU Hongcan1, WANG Jiabei1, WANG Peng1,*(), ZHU Miao2, YAO Gaofei1, HUANG Junbin1, LÜ Jiaqing3
Received:
2024-09-04
Online:
2025-09-24
摘要:
为提高光纤水听器线阵列的目标探测性能,设计一种连续螺旋缠绕增敏的柔顺型分布式弱反射光纤光栅水听器线列阵。分析远场平面波的水声作用机理,根据弹性力学理论建立水听器声压相位灵敏度模型;光纤连续螺旋缠绕于高密度聚乙烯材料中空柱体,若光栅间光纤长度为10m,水听器单元的灵敏度为-133.99dB(re 1 rad/μPa),搭建6元分布式弱反射光纤光栅水听器线列阵消声水池实验系统。实验结果表明,水听器平均声压灵敏度为-136.00dB,单元指向性测试曲线与理论曲线整体趋势一致,波束响应测试曲线与理论曲线在最大值对应方位、波束宽度方面完全吻合。
中图分类号:
顾宏灿, 王佳蓓, 王鹏, 祝苗, 姚高飞, 黄俊斌, 吕加庆. 分布式弱反射光纤光栅水听器线列阵指向性分析与测试[J]. 兵工学报, 2025, 46(9): 240792-.
GU Hongcan, WANG Jiabei, WANG Peng, ZHU Miao, YAO Gaofei, HUANG Junbin, LÜ Jiaqing. Directivity Analysis and Test of a Distributed WRFBG Hydrophone Linear Array[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(9): 240792-.
γ | 方位误差/(°) | γ | 方位误差/(°) |
---|---|---|---|
100 | 0.08 | 1600 | 0.90 |
200 | 0.10 | 3200 | 1.80 |
400 | 0.20 | 6400 | 3.60 |
800 | 0.40 | 12800 | 7.10 |
表1 45°波达方向γ与方位误差之间的对应关系
Table 1 The correspondence between γ and azimuth error in the direction of arrival of wave at 45°
γ | 方位误差/(°) | γ | 方位误差/(°) |
---|---|---|---|
100 | 0.08 | 1600 | 0.90 |
200 | 0.10 | 3200 | 1.80 |
400 | 0.20 | 6400 | 3.60 |
800 | 0.40 | 12800 | 7.10 |
图6 6元分布式WRFBG水听器阵列的反射信号批匹配干涉探测波形
Fig.6 Interference detection waveforms of reflection signal matching of six-element distributed WRFBG hydrophone array
入射方向/(°) | 类别 | 频率/kHz | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2.500 | 3.125 | 4.000 | 5.000 | 6.300 | 8.000 | 10.000 | ||
40 | 测试宽度 | 60.0 | 55.0 | 34.0 | 25.0 | 22.0 | 16.0 | 15.0 |
理论计算宽度 | 55.5 | 46.7 | 31.6 | 23.3 | 20.1 | 14.9 | 11.9 | |
差值 | 4.5 | 8.3 | 2.4 | 1.7 | 1.9 | 1.1 | 3.1 | |
55 | 测试宽度 | 37.0 | 33.0 | 26.0 | 18.0 | 15.0 | 12.0 | 10.0 |
理论计算宽度 | 40.8 | 32.5 | 24.5 | 17.8 | 14.9 | 11.7 | 9.3 | |
差值 | -3.8 | 0.5 | 1.5 | 0.2 | 0.1 | 0.3 | 0.7 | |
75 | 测试宽度 | 26.0 | 24.0 | 20.0 | 16.0 | 13.0 | 11.0 | 9.0 |
理论计算宽度 | 31.8 | 25.4 | 19.7 | 15.8 | 12.4 | 9.9 | 7.9 | |
差值 | -5.8 | -1.4 | 0.3 | 0.2 | 0.6 | 1.1 | 1.1 | |
90 | 测试宽度 | 30.0 | 24.0 | 18.0 | 15.0 | 12.0 | 10.0 | 8.0 |
理论计算宽度 | 30.6 | 24.4 | 19.0 | 15.2 | 12.0 | 9.4 | 7.6 | |
差值 | -0.6 | -0.4 | -1.0 | -0.2 | 0 | 0.6 | 0.4 | |
100 | 测试宽度 | 30.0 | 24.0 | 18.0 | 15.0 | 12.0 | 10.0 | 8.0 |
理论计算宽度 | 30.6 | 24.4 | 19.0 | 15.2 | 12.0 | 9.4 | 7.6 | |
差值 | -0.6 | -0.4 | -1.0 | -0.2 | 0 | 0.6 | 0.4 | |
115 | 测试宽度 | 31.0 | 25.0 | 20.0 | 16.0 | 13.0 | 10.0 | 80. |
理论计算宽度 | 33.9 | 26.9 | 20.9 | 16.5 | 12.9 | 10.2 | 8.2 | |
差值 | -2.9 | -1.9 | -0.9 | -0.5 | 0.1 | -0.2 | -0.2 | |
135 | 测试宽度 | 50.0 | 33.0 | 28.0 | 23.0 | 20.0 | 15.0 | 21.0 |
理论计算宽度 | 46.3 | 36.0 | 26.8 | 22.3 | 17.6 | 13.7 | 11.0 | |
差值 | 3.7 | -3.0 | 1.2 | 0.7 | 2.4 | 1.3 | 10.0 | |
145 | 测试宽度 | 56.0 | 47.0 | 32.0 | 28.0 | 24.0 | 18.0 | 23.0 |
理论计算宽度 | 56.2 | 53.9 | 38.8 | 29.7 | 23.4 | 17.1 | 13.8 | |
差值 | -0.2 | -6.9 | -6.8 | -1.7 | 0.6 | 0.9 | 9.2 |
表2 不同入射方向的声波在不同频率下的波束宽度
Table 2 Beam widths of sound waves in different incident directions at different frequencies (°)
入射方向/(°) | 类别 | 频率/kHz | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2.500 | 3.125 | 4.000 | 5.000 | 6.300 | 8.000 | 10.000 | ||
40 | 测试宽度 | 60.0 | 55.0 | 34.0 | 25.0 | 22.0 | 16.0 | 15.0 |
理论计算宽度 | 55.5 | 46.7 | 31.6 | 23.3 | 20.1 | 14.9 | 11.9 | |
差值 | 4.5 | 8.3 | 2.4 | 1.7 | 1.9 | 1.1 | 3.1 | |
55 | 测试宽度 | 37.0 | 33.0 | 26.0 | 18.0 | 15.0 | 12.0 | 10.0 |
理论计算宽度 | 40.8 | 32.5 | 24.5 | 17.8 | 14.9 | 11.7 | 9.3 | |
差值 | -3.8 | 0.5 | 1.5 | 0.2 | 0.1 | 0.3 | 0.7 | |
75 | 测试宽度 | 26.0 | 24.0 | 20.0 | 16.0 | 13.0 | 11.0 | 9.0 |
理论计算宽度 | 31.8 | 25.4 | 19.7 | 15.8 | 12.4 | 9.9 | 7.9 | |
差值 | -5.8 | -1.4 | 0.3 | 0.2 | 0.6 | 1.1 | 1.1 | |
90 | 测试宽度 | 30.0 | 24.0 | 18.0 | 15.0 | 12.0 | 10.0 | 8.0 |
理论计算宽度 | 30.6 | 24.4 | 19.0 | 15.2 | 12.0 | 9.4 | 7.6 | |
差值 | -0.6 | -0.4 | -1.0 | -0.2 | 0 | 0.6 | 0.4 | |
100 | 测试宽度 | 30.0 | 24.0 | 18.0 | 15.0 | 12.0 | 10.0 | 8.0 |
理论计算宽度 | 30.6 | 24.4 | 19.0 | 15.2 | 12.0 | 9.4 | 7.6 | |
差值 | -0.6 | -0.4 | -1.0 | -0.2 | 0 | 0.6 | 0.4 | |
115 | 测试宽度 | 31.0 | 25.0 | 20.0 | 16.0 | 13.0 | 10.0 | 80. |
理论计算宽度 | 33.9 | 26.9 | 20.9 | 16.5 | 12.9 | 10.2 | 8.2 | |
差值 | -2.9 | -1.9 | -0.9 | -0.5 | 0.1 | -0.2 | -0.2 | |
135 | 测试宽度 | 50.0 | 33.0 | 28.0 | 23.0 | 20.0 | 15.0 | 21.0 |
理论计算宽度 | 46.3 | 36.0 | 26.8 | 22.3 | 17.6 | 13.7 | 11.0 | |
差值 | 3.7 | -3.0 | 1.2 | 0.7 | 2.4 | 1.3 | 10.0 | |
145 | 测试宽度 | 56.0 | 47.0 | 32.0 | 28.0 | 24.0 | 18.0 | 23.0 |
理论计算宽度 | 56.2 | 53.9 | 38.8 | 29.7 | 23.4 | 17.1 | 13.8 | |
差值 | -0.2 | -6.9 | -6.8 | -1.7 | 0.6 | 0.9 | 9.2 |
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
庞彦东. 基于拉丝塔光栅阵列的超细线光纤水听器关键技术研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2020.
|
|
|
[8] |
王宇琦, 潘震, 戢雅典. 基于拉丝塔光纤光栅的准分布式温盐传感器[J]. 光子学报, 2023, 52(4):41-51.
|
|
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
林慧祖. 基于匹配干涉的光纤光栅水听器阵列关键技术研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2013.
|
|
|
[13] |
王文鼎. 基于匹配干涉的光纤光栅水听器细线阵成阵关键技术研究[D]. 长沙: 国防科技大学, 2019.
|
|
|
[14] |
郭振, 高侃, 杨辉, 等. 外径20mm的光纤光栅干涉型拖曳水听器阵列[J]. 光学学报, 2019, 39(11):1106003.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
doi: 10.1364/OE.23.029038 pmid: 26561173 |
[19] |
丁朋, 黄俊斌, 姚高飞, 等. 二次涂覆增敏型弱反射光纤布拉格光栅水听器[J]. 中国激光, 2021, 48(9):0906003.
|
[1] |
|
[2] |
|
[19] |
|
[20] |
丁朋, 黄俊斌, 庞彦东, 等. 弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵[J]. 光子学报, 2021, 50(7):0706004.
|
|
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
邱立忠. 光纤水听器基元特性及PGC检测方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2011.
|
|
|
[27] |
李启虎. 数字式声纳设计原理[M]. 合肥: 安徽教育出版社, 2002:184-185.
|
|
[1] | 王昱, 李远鹏, 郭中宇, 李硕, 任田君. 基于DDQN-D3PG的无人机空战分层决策[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240978-. |
[2] | 李俊辉, 王伟, 王雨辰, 纪毅. 基于预设时间一致性理论的无人机编队控制[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240863-. |
[3] | 王江, 朱梓杨, 李虹言, 王鹏. 基于分布式凸优化的能量最优多向协同制导方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(6): 240739-. |
[4] | 孙春生, 吴依伦, 张爽. 分布式激光引偏干扰系统布设效能评估方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(5): 240718-. |
[5] | 齐铖, 谢军伟, 张浩为, 冯为可, 王雷, 王瑞君, 费太勇. 基于低空目标检测的分布式多输入多输出雷达功率分配合作博弈算法[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231199-. |
[6] | 王亮, 徐同乐, 肖玉杰, 李烨, 靳子荣, 郑升武. 海洋自主无人系统跨域协同任务规划模型与技术发展研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(S2): 1-8. |
[7] | 高志发, 周宇, 杨航, 兰青, 李宇哲, 高慧, 张振华. 多域集群分布式智能协同自主控制技术研究现状与展望[J]. 兵工学报, 2024, 45(S2): 9-16. |
[8] | 潘子双, 苏析超, 韩维, 柳文林, 郁大照, 汪节. 基于动态一致性联盟算法的异构无人机集群协同作战联盟组建[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3177-3190. |
[9] | 刘志衡, 刘伟平, 焦博. 基于局部最优点的GNSS分布式压制干扰源部署算法[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3240-3252. |
[10] | 吕岩, 曹菲, 金伟, 何川, 杨剑, 张辉. 基于原子范数最小化的稀疏阵列稳健波束形成算法[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2737-2748. |
[11] | 徐艺博, 颜佳润, 曾志文, 吕云霄, 冯世如, 卢惠民. 无通信条件下基于视觉毁伤评估的弹群对地目标自主攻击决策[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4435-4450. |
[12] | 王新伟, 闫晓鹏, 郝新红, 陈齐乐, 黄鼎琨. 基于合成虚拟阵列的脉冲多普勒引信高分辨DOA估计方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 97-104. |
[13] | 张继雄, 李宗刚, 宁小刚, 陈引娟. 动态事件触发下一般线性多智能体系统完全分布式一致性控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 223-234. |
[14] | 王雨辰, 王伟, 林时尧, 杨婧, 王少龙, 尹瞾. 考虑攻击时间及空间角度约束的三维自适应滑模协同制导律设计[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2778-2790. |
[15] | 曹严, 龙腾, 孙景亮, 周禹泽. 信息重传与丢包补偿的多无人机分布式任务分配方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2697-2708. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||