CN110987147B - 光纤水听器阵列光程差测试设备、方法及装置 - Google Patents

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CN110987147B CN201911100276.6A CN201911100276A CN110987147B CN 110987147 B CN110987147 B CN 110987147B CN 201911100276 A CN201911100276 A CN 201911100276A CN 110987147 B CN110987147 B CN 110987147B
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Abstract

本申请涉及一种光纤水听器阵列光程差测试设备、方法及装置。其中，光纤水听器阵列光程差测试设备通过光耦合器将光脉冲发生器发出的光脉冲信号分为两路，一路传输给参考干涉仪，另一路传输给待测光纤水听器阵列。进入参考干涉仪的第一入射光脉冲信号在参考干涉仪中形成干涉光信号。进入待测光纤水听器阵列的第二入射光脉冲信号在内部时分器件以及干涉光路的作用下，第二入射光脉冲信号将被延时为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号，而无法发生拍频干涉。目前，对于实现对光程差的测试需要根据拍频干涉以得到光程差的结果。本申请使得第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中可以发生拍频干涉。

Description

光纤水听器阵列光程差测试设备、方法及装置
技术领域
本申请涉及光纤水听器阵列技术领域，特别是涉及一种光纤水听器阵列光程差测试设备、方法及装置。
背景技术
光纤水听器是一种建立在现代光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器，其通过高灵敏度光学干涉检测实现声信号测量，在水下警戒、地震波探测、石油地震勘探、鱼群探测等领域具有重要应用。而获取光纤水听器光程差对于光纤水听器的灵敏度表现、系统噪声等十分重要，因此在设计、制造等环节均需要进行光程差的精确测试。目前经常使用的为光纤水听器阵列，而不仅仅为单独一个光纤水听器。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：
传统测试设备无法对光纤水听器阵列的光程差进行检测。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够对光纤水听器阵列进行光程差检测的光纤水听器阵列光程差测试设备、方法及装置。
为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种光纤水听器阵列光程差测试设备，包括光脉冲发生器、光耦合器、参考干涉仪、补偿干涉仪和信号处理器；
光耦合器的入射端连接光脉冲发生器的出射端，第一出射端连接参考干涉仪的入射端，第二出射端用于连接待测光纤水听器阵列的入射端；参考干涉仪的出射端连接信号处理器；补偿干涉仪的入射端用于连接待测光纤水听器阵列的出射端，出射端连接信号处理器；
光脉冲发生器发出的光脉冲信号通过光耦合器分为第一入射光脉冲信号和第二入射光脉冲信号；参考干涉仪接收第一入射光脉冲信号并向信号处理器传输干涉光信号；待测光纤水听器阵列接收第二入射光脉冲信号，并向补偿干涉仪输出第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号；补偿干涉仪接收第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号，并向信号处理器输出阵元拍频光信号；其中，补偿干涉仪的臂长差为根据待测光纤水听器阵列的标称值得到；
信号处理器根据阵元拍频光信号和干涉光信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
在其中一个实施例中，信号处理器包括解波分复用器、光电探测器和处理器；
参考干涉仪的出射端连接光电探测器；补偿干涉仪的出射端连接解波分复用器；解波分复用器通过光电探测器连接处理器；
参考干涉仪向光电探测器输出干涉光信号；
光电探测器将干涉光信号转换为干涉电信号，并传输给处理器；
解波分复用器对阵元拍频光信号进行分离处理，得到分离后的阵元拍频光信号，并传输给光电探测器；
光电探测器分别将分离后的阵元拍频光信号转换为阵元拍频电信号，并传输给处理器；
处理器根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
在其中一个实施例中，信号处理器还包括数据采集卡；数据采集卡分别连接光电探测器和处理器；
数据采集卡将光电探测器传输的干涉电信号和阵元拍频电信号，传输给处理器。
在其中一个实施例中，光脉冲发生器包括激光器、光纤隔离器、强度调制器和信号发生器；
信号发生器分别与激光器和强度调制器电连接；激光器通过光纤隔离器连接强度调制器；强度调制器连接光耦合器。
在其中一个实施例中，阵元拍频光信号由第一延时光脉冲信号与第二延时光脉冲信号经补偿干涉仪处理得到；
其中，第一延时光脉冲信号为第一出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的长臂产生；第二延时光脉冲信号为第二出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的短臂产生。
一方面，本发明实施例还提供了一种基于上述的光纤水听器阵列光程差测试设备的光程差测试方法，包括：
获取参考干涉仪传输的干涉光信号，和补偿干涉仪传输的阵元拍频光信号；其中，阵元拍频光信号为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中生成；
根据阵元拍频光信号和干涉光信号，得到待测光纤水听器阵列的光程差。
在其中一个实施例中，根据阵元拍频光信号和干涉光信号，得到待测光纤水听器阵列的光程差的步骤，包括：
获取阵元拍频光信号对应的阵元拍频电信号和干涉光信号对应的干涉电信号；其中，阵元拍频电信号为依次对阵元拍频光信号进行分离处理和光电转换处理得到；干涉电信号为采用光电探测器对干涉光信号进行转换得到；
根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
在其中一个实施例中，根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差的步骤，包括：
根据干涉电信号，对阵元拍频电信号进行重采样处理，得到重采样干涉信号；
对重采样干涉信号进行傅里叶变换处理，得到目标拍频信号；
根据目标拍频信号、补偿干涉仪的臂长差，得到待测光纤水听器阵列的光程差。
在其中一个实施例中，根据目标拍频信号、补偿干涉仪的臂长差，得到待测光纤水听器阵列的光程差的步骤中，基于以下公式得到待测光纤水听器阵列的光程差：
fb＝γΔt；
ΔτDC1-CD1＝Δt-ΔT；
ΔT＝L/c
OPD＝Δt·c＝(ΔτDC1-CD1+ΔT)·c；
其中，fb为目标拍频信号；Y是光频率调谐速度；Δt为待测阵列阵元两臂之间的时延；ΔτDC1-CD1为二延时光脉冲信号与三延时光脉冲信号的时延；L为补偿干涉仪的臂长差；ΔT为臂长差形成的时延；OPD为待测光纤水听器阵列的光程差；c为光速。
另一方面，本发明实施例还提供了一种光程差测试装置，包括：
获取模块，用于获取参考干涉仪传输的干涉光信号和补偿干涉仪传输的阵元拍频光信号；其中，阵元拍频光信号为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中生成；
光程差输出模块，用于根据阵元拍频光信号和干涉光信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请提供的光纤水听器光程差测试设备，通过光耦合器将光脉冲发生器发出的光脉冲信号分为两路，一路传输给参考干涉仪，另一路传输给待测光纤水听器阵列。进入参考干涉仪的第一入射光脉冲信号在参考干涉仪中形成干涉光信号。进入待测光纤水听器阵列的第二入射光脉冲信号在内部时分器件以及干涉光路的作用下，第二入射光脉冲信号将被延时为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号，而无法发生拍频干涉。目前对于实现对光程差的测试需要根据拍频干涉以得到光程差的结果。本申请中，通过将第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号接入补偿干涉仪中，通过根据待测光纤水听器阵列的标称值进行调整补偿干涉仪的臂长差，使得第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中可以发生拍频干涉。从而，使得信号处理器可以根据阵元拍频光信号和干涉光信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
附图说明
通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
图1为一个实施例中光纤水听器阵列光程差测试设备的第一示意性结构框图；
图2为一个实施例中待测光纤水听器阵列和补偿干涉仪中产生光脉冲信号的时域图；
图3为一个实施例中光纤水听器阵列光程差测试设备的第二示意性结构框图；
图4为一个实施例中光纤水听器阵列光程差测试设备的第三示意性结构框图；
图5为一个实施例中光脉冲发生器的结构框图；
图6为一个实施例中基于上述的光纤水听器阵列光程差测试设备的光程差测试方法的第一示意性流程图；
图7为一个实施例中根据阵元拍频光信号和干涉光信号，得到待测光纤水听器阵列的光程差的步骤的流程示意图；
图8为一个实施例中根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差的步骤的流程示意图；
图9为一个实施例中光程差测试装置的结构框图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“出射端”、“入射端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
目前，光程差测试领域，国内外有3种可供选择的技术，即光学低相干反射测试技术、光时域反射测试技术以及光频域反射测试技术。
光学低相干反射测试技术也称为白光干涉技术，其由低相干光源和扫描迈克尔逊干涉仪构成，测试时调节干涉仪参考臂可精密移动的反射镜位置，当其被测器件光学器件反射峰之间距离小于光源相干长度时，二者将发生干涉从而反演出光程差信息，该方法的优点是适用于超高灵敏度、微米量级距离分辨率光纤测量，但操作复杂且扫描距离有限；
光时域反射测试技术属于背向散射技术，其通过将光脉冲单端注入到被测光纤中，接收瑞利背向散射光信号，通过获取光信号在光纤中传输的时延来得到光程差信息，该技术的优点是测量范围达到几十公里，但其盲区大且距离分辨率一般仅为米量级，已有成熟产品，适用于精度要求不高的场合；
光频域反射测试技术采用光源扫频与相干检测的方式对光背向散射信号进行频域分析，实现光程差信息获取。该方法测量范围落在光学低相干反射技术和光时域反射技术之间，达到百米量级，同时兼具亚毫米量级的长度分辨率，具有明显的测量精度和测量范围优势，非常适用于光纤水听器阵元光程差的精确测量，近年来得到迅速发展和应用。目前，已有商品化光频域反射计，即美国LUNA公司的研发的OBR4600，其测量精度可达到毫米量级甚至微米量级，最大测量长度可达到2km。
商品化光频域反射计虽可以直接用来进行光纤水听器阵元的高精度光程差测量，但其在测试时并不考虑光纤水听器的产品特点，而是当作两条独立光纤进行测试。测试时，扫频光源发出的探测光会分别注入到阵元内光纤干涉仪的信号臂与参考臂中，两臂生成的反射信号会在探测曲线上重合，由于臂长不同，两臂末端光纤器件在探测曲线上形成反射峰位置不同，通过计算位置差异可得到阵元的光程差。
上述三种技术方案只能实现一个光纤水听器阵列阵元光程差的检测对于时分波分混合复用阵列光程差的测试只能通过在组阵前对阵元进行一一测试的方式间接实现，据公开报道大型光纤水听器阵列规模已经达到1024元，采用上述方法费时费力效率低下，且无法直接实现光纤水听器阵列光程差的在线检测。
而本申请提供的光纤水听器阵列光程差测试设备可以有效解决上述问题。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种光纤水听器阵列光程差测试设备，包括光脉冲发生器10、光耦合器20、参考干涉仪30、补偿干涉仪40和信号处理器50；
光耦合器20的入射端连接光脉冲发生器10的出射端，第一出射端连接参考干涉仪30的入射端，第二出射端用于连接待测光纤水听器阵列的入射端；参考干涉仪30的出射端连接信号处理器50；补偿干涉仪40的入射端用于连接待测光纤水听器阵列的出射端，出射端连接信号处理器50；
光脉冲发生器10发出的光脉冲信号通过光耦合器20分为第一入射光脉冲信号和第二入射光脉冲信号；参考干涉仪30接收第一入射光脉冲信号并向信号处理器50传输干涉光信号；待测光纤水听器阵列接收第二入射光脉冲信号，并向补偿干涉仪40输出第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号；补偿干涉仪40接收第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号，并向信号处理器50输出阵元拍频光信号；其中，补偿干涉仪40的臂长差为根据待测光纤水听器阵列的标称值得到；
信号处理器50根据阵元拍频光信号和干涉光信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
其中，参考干涉仪和补偿干涉仪均为迈克尔逊干涉仪。信号处理器为对光脉冲信号进行数据处理的设备。
具体地，上述各设备之间的连接关系可以通过光纤连接。光脉冲发生器发出的光脉冲信号通过光耦合器分为两路，分别为第一入射光脉冲信号和第二入射光脉冲信号；第一入射光脉冲信号进入参考干涉仪，并在参考干涉仪中形成干涉光信号；参考干涉仪向信号处理器输出干涉光信号。
由于待测光纤水听器阵列中含有时分器件和波分器件，第二入射光脉冲信号进入待测光纤水听器阵列并形成第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号，待测光纤水听器阵列将第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号向补偿干涉仪传输；补偿干涉仪的臂长差是根据待测光纤水听器阵列的标称值得到的，通过调整臂长差可以使得第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中发生拍频干涉现象并形成有阵元拍频光信号。
进一步地，第一出射光脉冲信号为经待测光纤水听器阵列短臂形成的，第二出射光脉冲信号为经待测光纤水听器阵列长臂形成的。第一出射光脉冲信号在补偿干涉仪中形成第一延时光脉冲信号和第三延时光脉冲信号；第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中形成第二延时光脉冲信号和第四延时光脉冲信号。其中，第三延时光脉冲信号为第一出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的短臂产生；第一延时光脉冲信号为第一出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的长臂产生；第二延时光脉冲信号为第二出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的短臂产生；第四延时光脉冲信号为第四出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的长臂产生。通过臂长差的调整，可以使得第一延时光脉冲信号与第三延时光脉冲信号发生拍频干涉、第一延时光脉冲信号与第四延时光脉冲信号发生拍频干涉、第二延时光脉冲信号与第三延时光脉冲信号发生拍频干涉或第二延时光脉冲信号与第四延时光脉冲信号发生拍频干涉。
在其中一个实施例中，阵元拍频光信号由第一延时光脉冲信号与第二延时光脉冲信号经补偿干涉仪处理得到；其中，第一延时光脉冲信号为第一出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的长臂产生；第二延时光脉冲信号为第二出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的短臂产生。
如图2所示，第二入射光脉冲信号注入到待测光纤水听器阵列后，出射光脉冲将变为两个，分别表征为D1和C1，D1在短臂的作用下产生t1的时延，C1在较长的信号臂作用下产生t2的时延，两者时延差是与待测光纤水听器阵列臂长差有关的量；进一步，D1和C1被注入补偿干涉仪中，理论上出射光脉冲将变为四个，可分别表征为DD1、DC1、CD1和CC1，DD1和DC1在补偿干涉仪短臂的作用下将进一步产生T1的时延，CD1和CC1在补偿干涉仪长臂的作用下将进一步产生T2的时延。可以看出CD1和CD1在相位上比较靠近，因此臂长差的值较小时即可发生拍频干涉。
信号处理器可以通过本领域任意一种手段处理拍频光信号和干涉光信号，得到光程差。例如，根据阵元拍频光信号的频率和时延的关系得到光程差。时延可以根据补偿干涉仪的臂长差得到。
上述光纤水听器光程差测试设备，通过光耦合器将光脉冲发生器发出的光脉冲信号分为两路，一路传输给参考干涉仪，另一路传输给待测光纤水听器阵列。进入参考干涉仪的第一入射光脉冲信号在参考干涉仪中形成干涉光信号。进入待测光纤水听器阵列的第二入射光脉冲信号在内部时分器件以及干涉光路的作用下，第二入射光脉冲信号将被延时为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号，而无法发生拍频干涉。目前对于实现对光程差的测试需要根据拍频干涉以得到光程差的结果。本申请中，通过将第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号接入补偿干涉仪中，通过根据待测光纤水听器阵列的标称值进行调整补偿干涉仪的臂长差，使得第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中可以发生拍频干涉。从而，使得信号处理器可以根据阵元拍频光信号和干涉光信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
在一个实施例中，如图3所示，信号处理器50包括解波分复用器501、光电探测器503和处理器505；
参考干涉仪30的出射端连接光电探测器503；补偿干涉仪40的出射端连接解波分复用器501；解波分复用器501通过光电探测器503连接处理器505；
参考干涉仪30向光电探测器503输出干涉光信号；
光电探测器503将干涉光信号转换为干涉电信号，并传输给处理器505；
解波分复用器501对阵元拍频光信号进行分离处理，得到分离后的阵元拍频光信号，并传输给光电探测器503；
光电探测器503分别将分离后的阵元拍频光信号转换为阵元拍频电信号，并传输给处理器505；
处理器505根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
其中，解波分复用器用于将不同波长的阵元拍频电信号分离；光电探测器用于将接收到的光信号转换为电信号。
具体地，参考干涉仪向光电探测器传输干涉光信号，光电探测器将干涉光信号转换为干涉电信号，处理器才能对干涉电信号进行处理。解波分复用器对阵元拍频光信号进行分离，即将各个波长的阵元拍频光信号分离成单个波长的阵元拍频光信号。
在其中一个实施例中，如图4所示，信号处理器50还包括数据采集卡507；数据采集卡507分别连接光电探测器503和处理器505；
数据采集卡507将光电探测器503传输的干涉电信号和阵元拍频电信号，传输给处理器505。
具体地，数据采集卡可以自动采集光电探测器的电信号，并主动上传至处理器中。
在其中一个实施例中，如图5所示，光脉冲发生器10包括激光器101、光纤隔离器103、强度调制器105和信号发生器107；
信号发生器107分别与激光器101和强度调制器103电连接；激光器101通过光纤隔离器103连接强度调制器105；强度调制器105连接光耦合器20。
其中，激光器用于产生激光；光纤隔离器用于将激光器与后续光路隔离开，从而提高激光器产生光信号的稳定性；强度调制器用于将光信号转换成脉冲信号；信号发生器用于调制光信号的参数。
通过上述光脉冲发生器，生成参数可调且稳定的光脉冲信号。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种基于上述的光纤水听器阵列光程差测试设备的光程差测试方法，包括：
S610，获取参考干涉仪传输的干涉光信号，和补偿干涉仪传输的阵元拍频光信号；其中，阵元拍频光信号为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中生成；
具体地，可以通过本领域任意手段获取参考干涉仪传输的干涉光信号。补偿干涉仪传输的阵元拍频光信号可以为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号生成。具体地，第一出射光脉冲信号为经待测光纤水听器阵列短臂形成的，第二出射光脉冲信号为经待测光纤水听器阵列长臂形成的。第一出射光脉冲信号在补偿干涉仪中形成第一延时光脉冲信号和第三延时光脉冲信号；第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中形成第二延时光脉冲信号和第四延时光脉冲信号。其中，第三延时光脉冲信号为第一出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的短臂产生；第一延时光脉冲信号为第一出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的长臂产生；第二延时光脉冲信号为第二出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的短臂产生；第四延时光脉冲信号为第四出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的长臂产生。通过臂长差的调整，可以使得第一延时光脉冲信号与第三延时光脉冲信号发生拍频干涉、第一延时光脉冲信号与第四延时光脉冲信号发生拍频干涉、第二延时光脉冲信号与第三延时光脉冲信号发生拍频干涉或第二延时光脉冲信号与第四延时光脉冲信号发生拍频干涉。
S620，根据阵元拍频光信号和干涉光信号，得到待测光纤水听器阵列的光程差。
具体地，可以通过本领域任意一种手段对阵元拍频光信号和干涉光信号进行处理，得到待测光纤水听器阵列的光程差。例如，根据阵元拍频光信号的频率和时延的关系得到光程差。时延可以根据补偿干涉仪的臂长差得到。
在其中一个实施例中，如图7所示，根据阵元拍频光信号和干涉光信号，得到待测光纤水听器阵列的光程差的步骤，包括：
S710，获取阵元拍频光信号对应的阵元拍频电信号和干涉光信号对应的干涉电信号；其中，阵元拍频电信号为依次对阵元拍频光信号进行分离处理和光电转换处理得到；干涉电信号为采用光电探测器对干涉光信号进行转换得到；
S720，根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
具体而言，通过将阵元拍频光信号转换为阵元拍频电信号，将干涉光信号转换为干涉电信号，相较于处理光信号而言，处理电信号的效率更加高。
在其中一个实施例中，如图8所示，根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差的步骤，包括：
S810，根据干涉电信号，对阵元拍频电信号进行重采样处理，得到重采样干涉信号；
具体地，将干涉电信号作为采样时钟，对阵元拍频电信号进行重采样，进一步地，通过将干涉电信号的频率作为采样频率。
S820，对重采样干涉信号进行傅里叶变换处理，得到目标拍频信号；
S830，根据目标拍频信号、补偿干涉仪的臂长差，得到待测光纤水听器阵列的光程差。
通过将参考干涉仪传输的干涉电信号作为采样时钟，对阵元拍摄电信号进行重采样，从而消除光源波长非线性调谐的影响，从而提高光程差检测的精确度。
在其中一个实施例中，根据目标拍频信号、补偿干涉仪的臂长差，得到待测光纤水听器阵列的光程差的步骤中，基于以下公式得到待测光纤水听器阵列的光程差：
fb＝γΔt；
ΔTDC1-CD1＝Δt-ΔT；
ΔT＝L/c
OPD＝Δt·c＝(ΔτDC1-CD1+ΔT)·c；
其中，fb为目标拍频信号；Y是光频率调谐速度；Δt为待测阵列阵元两臂之间的时延；ΔτDC1-CD1为二延时光脉冲信号与三延时光脉冲信号的时延；L为补偿干涉仪的臂长差；ΔT为臂长差形成的时延；OPD为待测光纤水听器阵列的光程差；c为光速。
应该理解的是，虽然图6-8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图6-8中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种光程差测试装置，包括：
获取模块910，用于获取参考干涉仪传输的干涉光信号和补偿干涉仪传输的阵元拍频光信号；其中，阵元拍频光信号为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中生成；
光程差输出模块920，用于根据阵元拍频光信号和干涉光信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
关于光程差测试装置的具体限定可以参见上文中对于光程差测试方法的限定，在此不再赘述。上述光程差测试装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取参考干涉仪传输的干涉光信号，和补偿干涉仪传输的阵元拍频光信号；其中，阵元拍频光信号为第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号在补偿干涉仪中生成；
根据阵元拍频光信号和干涉光信号，得到待测光纤水听器阵列的光程差。在一个实施例中，根据阵元拍频光信号和干涉光信号，得到待测光纤水听器阵列的光程差的步骤被处理器执行时，包括步骤：
获取阵元拍频光信号对应的阵元拍频电信号和干涉光信号对应的干涉电信号；其中，阵元拍频电信号为依次对阵元拍频光信号进行分离处理和光电转换处理得到；干涉电信号为采用光电探测器对干涉光信号进行转换得到；
根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差。
在一个实施例中，根据干涉电信号和阵元拍频电信号，输出待测光纤水听器阵列的光程差的步骤被处理器执行时，包括步骤：
根据干涉电信号，对阵元拍频电信号进行重采样处理，得到重采样干涉信号；
对重采样干涉信号进行傅里叶变换处理，得到目标拍频信号；
根据目标拍频信号、补偿干涉仪的臂长差，得到待测光纤水听器阵列的光程差。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光纤水听器阵列光程差测试设备，其特征在于，包括光脉冲发生器、光耦合器、参考干涉仪、补偿干涉仪和信号处理器；
所述光耦合器的入射端连接所述光脉冲发生器的出射端，第一出射端连接所述参考干涉仪的入射端，第二出射端用于连接待测光纤水听器阵列的入射端；所述参考干涉仪的出射端连接所述信号处理器；所述补偿干涉仪的入射端用于连接所述待测光纤水听器阵列的出射端，出射端连接所述信号处理器；
所述光脉冲发生器发出的光脉冲信号通过所述光耦合器分为第一入射光脉冲信号和第二入射光脉冲信号；所述参考干涉仪接收所述第一入射光脉冲信号并向所述信号处理器传输干涉光信号；所述待测光纤水听器阵列接收所述第二入射光脉冲信号，并向所述补偿干涉仪输出第一出射光脉冲信号和第二出射光脉冲信号；所述补偿干涉仪接收所述第一出射光脉冲信号和所述第二出射光脉冲信号，并向所述信号处理器输出阵元拍频光信号；其中，所述补偿干涉仪的臂长差为根据所述待测光纤水听器阵列的标称值得到；所述第一出射光脉冲信号为经所述待测光纤水听器阵列短臂形成；所述第二出射光脉冲信号为经所述待测光纤水听器阵列长臂形成；
所述信号处理器根据所述阵元拍频光信号和所述干涉光信号，输出所述待测光纤水听器阵列的光程差。
2.根据权利要求1所述的光纤水听器阵列光程差测试设备，其特征在于，所述信号处理器包括解波分复用器、光电探测器和处理器；
所述参考干涉仪的出射端连接所述光电探测器；所述补偿干涉仪的出射端连接所述解波分复用器；所述解波分复用器通过所述光电探测器连接所述处理器；
所述参考干涉仪向所述光电探测器输出所述干涉光信号；
所述光电探测器将所述干涉光信号转换为干涉电信号，并传输给所述处理器；
所述解波分复用器对所述阵元拍频光信号进行分离处理，得到分离后的阵元拍频光信号，并传输给所述光电探测器；
所述光电探测器分别将分离后的阵元拍频光信号转换为阵元拍频电信号，并传输给所述处理器；
所述处理器根据所述干涉电信号和所述阵元拍频电信号，输出所述待测光纤水听器阵列的光程差。
3.根据权利要求2所述的光纤水听器阵列光程差测试设备，其特征在于，所述信号处理器还包括数据采集卡；所述数据采集卡分别连接所述光电探测器和所述处理器；
所述数据采集卡将所述光电探测器传输的所述干涉电信号和所述阵元拍频电信号，传输给所述处理器。
4.根据权利要求1所述的光纤水听器阵列光程差测试设备，其特征在于，所述光脉冲发生器包括激光器、光纤隔离器、强度调制器和信号发生器；
所述信号发生器分别与所述激光器和所述强度调制器电连接；所述激光器通过所述光纤隔离器连接所述强度调制器；所述强度调制器连接所述光耦合器。
5.根据权利要求1至4任一项所述的光纤水听器阵列光程差测试设备，其特征在于，
所述阵元拍频光信号由第一延时光脉冲信号与第二延时光脉冲信号经所述补偿干涉仪处理得到；
其中，所述第一延时光脉冲信号为所述第一出射光脉冲信号经过所述补偿干涉仪的长臂产生；所述第二延时光脉冲信号为所述第二出射光脉冲信号经过所述补偿干涉仪的短臂产生。
6.一种基于权利要求1至5任一项所述的光纤水听器阵列光程差测试设备的光程差测试方法，其特征在于，包括步骤：
获取所述参考干涉仪传输的干涉光信号，和所述补偿干涉仪传输的阵元拍频光信号；其中，所述阵元拍频光信号为所述第一出射光脉冲信号和所述第二出射光脉冲信号在所述补偿干涉仪中生成；
根据所述阵元拍频光信号和所述干涉光信号，得到所述待测光纤水听器阵列的光程差。
7.根据权利要求6所述的光程差测试方法，其特征在于，根据所述阵元拍频光信号和所述干涉光信号，得到所述待测光纤水听器阵列的光程差的步骤，包括：
获取所述阵元拍频光信号对应的阵元拍频电信号和所述干涉光信号对应的干涉电信号；其中，所述阵元拍频电信号为依次对所述阵元拍频光信号进行分离处理和光电转换处理得到；所述干涉电信号为采用所述光电探测器对所述干涉光信号进行转换得到；
根据所述干涉电信号和所述阵元拍频电信号，输出所述待测光纤水听器阵列的光程差。
8.根据权利要求7所述的光程差测试方法，其特征在于，根据所述干涉电信号和所述阵元拍频电信号，输出所述待测光纤水听器阵列的光程差的步骤，包括：
根据所述干涉电信号，对所述阵元拍频电信号进行重采样处理，得到重采样干涉信号；
对所述重采样干涉信号进行傅里叶变换处理，得到目标拍频信号；
根据目标拍频信号、所述补偿干涉仪的臂长差，得到所述待测光纤水听器阵列的光程差。
9.根据权利要求8所述的光程差测试方法，其特征在于，根据目标拍频信号、所述补偿干涉仪的臂长差，得到所述待测光纤水听器阵列的光程差的步骤中，基于以下公式得到所述待测光纤水听器阵列的光程差：
Figure 370245DEST_PATH_IMAGE001
Figure 247065DEST_PATH_IMAGE002
Figure 711545DEST_PATH_IMAGE003
Figure 52527DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 452416DEST_PATH_IMAGE005
为目标拍频信号；
Figure 3483DEST_PATH_IMAGE006
是光频率调谐速度；
Figure 412598DEST_PATH_IMAGE007
为待测阵列阵元两臂之间的时延；
Figure 342508DEST_PATH_IMAGE008
为所述第二延时光脉冲信号与第三延时光脉冲信号的时延；所述第三延时光脉 冲信号为所述第一出射光脉冲信号经过补偿干涉仪的短臂产生；
Figure 569090DEST_PATH_IMAGE009
为所述补偿干涉仪的臂 长差；
Figure 220170DEST_PATH_IMAGE010
为臂长差形成的时延；
Figure 26452DEST_PATH_IMAGE011
为所述待测光纤水听器阵列的光程差；c为光速。
10.一种光程差测试装置，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的光纤水听器阵列光程差测试设备，所述光程差测试装置包括：
获取模块，用于获取所述参考干涉仪传输的干涉光信号和所述补偿干涉仪传输的阵元拍频光信号；其中，所述阵元拍频光信号为所述第一出射光脉冲信号和所述第二出射光脉冲信号在所述补偿干涉仪中生成；
光程差输出模块，用于根据所述阵元拍频光信号和所述干涉光信号，输出所述待测光纤水听器阵列的光程差。
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