一种水下运动目标的非声探测方法及装置

本发明涉及水下流体探测，具体为一种水下运动目标的非声探测方法及装置。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、水下涡流场是水下运动目标在水体环境中的间接表现，可以通过仿生探测、piv图像探测及激光探测等方式实现，此类技术处于原理样机阶段，并已通过验证实验初步证明了涡流场探测技术的可行性。而水下运动目标的扩散远场涡流信号十分微弱，仿生探测技术通过电容电感的电学信号测量水下涡流，由于受电学测量灵敏度的限制，难以实现对水下运动目标远场涡流探测；piv图像探测通过示踪粒子来实现尾流场检测，不适用于广域海况探测；而常规激光探测采用几何光学的测量方式，灵敏度受限。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种水下运动目标的非声探测方法及装置，能够将水下涡流场分布引起的水体折射率变化转化为光束信号的干涉条纹抖动，从而判断检测区域内是否存在水下运动目标。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种水下运动目标的非声探测方法，包括以下步骤：

4、将测试光束和基准光束照射到水体上；

5、获取测试光束和基准光束叠加形成的干涉条纹；

6、当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标。

7、水下目标运动时产生的水下涡流场引起水体的折射率变化，使得干涉条纹出现抖动。

8、当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标，具体为：当干涉条纹抖动的频率和幅值超过设定值时，存在水下运动目标。

9、本发明的第二个方面提供实现上述方法所需的装置，包括：

10、准直光源模块，包括相连接的准直光源和扩束镜，用于提供探测水体的照明光源，即测试光束和基准光束，其中，扩束镜具有至少两片焦距不等的镜片，用于提供经准直的光束；

11、光束收集模块，收集穿过被测水体的测试光束和基准光束，用于后续的干涉叠加；

12、剪切干涉模块，用于将测试光束和基准光束剪切叠加在一起得到干涉条纹；

13、图像采集模块，包括成像镜头和图像传感器，用于采集携带有水体涡流信息的剪切干涉条纹图像，从而探测水下运动目标。

14、剪切干涉模块包括平行平板，光束收集模块发出的一部分光经过平行平板的前表面反射形成测试光束，光束收集模块发出的另一部分光透过平行平板的前表面后，经平行平板的后表面反射透过平行平板的前表面形成基准光束。

15、测试光束和基准光束剪切叠加在一起形成干涉条纹，干涉条纹通过成像镜头成像到图像传感器中收集。

16、准直光源模块置于独立的水密舱中，形成照明单元。

17、光束收集模块、剪切干涉模块和图像采集模块置于另一个独立的水密舱中，形成信号收集单元。

18、剪切干涉模块的前反射面的反射率为36％～40％，后反射面的反射率大于95％。

19、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

20、1、能够将水下涡流场分布引起的水体折射率变化转化为光束信号的干涉条纹抖动，从而根据干涉条纹抖动判断检测区域内是否存在水下运动目标，进而不再使用现有技术中的声波信号探测方式。

21、2、所采取的光学干涉方法能够探测极微弱的信号变化，微弱的涡流信号引起的折射率变化表现为相位变化，使用干涉技术将相位变化转化为图像的灰度变化，感知信息直观可辨，灵敏度极高，便于实现非接触大范围测量以及非声探测。

22、3、反映在硬件设备上，能够避免使用大口径高精度的反射镜，成本高昂的关键精密元件可以集成在装置内部，能够适应海洋复杂环境下的作业需要，极大提升装置的耐腐蚀性能。

23、4、降低对光源的相干性要求，利用高功率的短相干光源即可满足需要，大大提升探测距离。

技术特征：

1.一种水下运动目标的非声探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种水下运动目标的非声探测方法，其特征在于，水下目标运动时产生的水下涡流场引起水体的折射率变化，使得干涉条纹出现抖动。

3.如权利要求1所述的一种水下运动目标的非声探测方法，其特征在于，当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标，具体为：当干涉条纹抖动的频率和幅值超过设定值时，存在水下运动目标。

4.实现权利要求1所述方法的非声探测装置，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的一种水下运动目标的非声探测装置，其特征在于，所述扩束镜具有至少两片焦距不等的镜片，用于提供经准直的光束。

6.如权利要求4所述的一种水下运动目标的非声探测装置，其特征在于，所述剪切干涉模块包括平行平板，光束收集模块发出的一部分光经过平行平板的前表面反射形成测试光束，光束收集模块发出的另一部分光透过平行平板的前表面后，经平行平板的后表面反射透过平行平板的前表面形成基准光束。

7.如权利要求6所述的一种水下运动目标的非声探测装置，其特征在于，所述测试光束和基准光束剪切叠加在一起形成干涉条纹，干涉条纹通过成像镜头成像到图像传感器中收集。

8.如权利要求4所述的一种水下运动目标的非声探测装置，其特征在于，所述准直光源模块置于独立的水密舱中，形成照明单元。

9.如权利要求4所述的一种水下运动目标的非声探测装置，其特征在于，所述光束收集模块、剪切干涉模块和图像采集模块置于另一个独立的水密舱中，形成信号收集单元。

10.如权利要求4所述的一种水下运动目标的非声探测装置，其特征在于，所述剪切干涉模块的前反射面的反射率为36％～40％，后反射面的反射率大于95％。

技术总结
本发明涉及一种水下运动目标的非声探测方法及装置，包括：将测试光束和基准光束照射到水体上；获取测试光束和基准光束叠加形成的干涉条纹；当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标。能够将水下涡流场分布引起的水体折射率变化转化为光束信号的干涉条纹抖动，从而判断检测区域内是否存在水下运动目标。

技术研发人员：邵晶,韩素立,王英明,李卓,董浩,林海波
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13