CN111983563B - 基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列及系统 - Google Patents

基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列及系统 Download PDF

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Abstract

基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列及系统，包括锚、潜标、缆绳组成的固定单元；传感光缆沿诸固定单元不断纵横延伸，进而在近海底层组成一个二维的探测阵列平面，实现传感光缆在xz平面内呈近似方波信号的二维排布，还包括海底工作站、浮标及信号传输缆；传感光缆反射光信号经解调后获得探测目标的方位、运动速度及方向信息，发送到浮标，再经由卫星发送回地面岸站。本发明将分布式光纤声波传感技术与反潜探测需求相结合，提出沿领海边境线铺设全光纤长距离分布式水声侦测实时预警系统，能对入侵我国海洋边界的潜艇实现提前预警，能够实时并精确的定位潜艇位置，降低反潜探测成本，提高反潜作业效率，保卫我国海洋权益。

Description

基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列及系统
技术领域
本发明涉及一种反潜预警阵列及系统，具体涉及一种基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列及系统。
背景技术
潜艇是海上军事斗争中的重要武器装备，可以在反舰作战、隐蔽侦察、搜救己方跳伞飞行员等行动中发挥极大作用。而且，现代潜艇不仅可以使用鱼雷、反舰导弹等武器攻击水面舰艇，也可以利用巡航导弹、弹道导弹等武器打击内陆纵深目标，在和平时期潜艇还可以利用其隐蔽灵活的优势潜入他国领海获取他国重要水域和港口水文资料、海军舰船的声纹特征等重要情报。时至今日，各国潜艇在灵活机动性、隐蔽性、续航力等指标上有了长足的进步，潜艇运用也变得更加灵活。特别是潜艇隐身技术的进步，使得反潜任务的难度不断增大。因此，面对现代潜艇的严重威胁，建立一种全天候、大范围的反潜体系显得极为必要和迫切。
传统反潜方案主要是将搜潜雷达、吊放式声纳、探潜红外设备、磁探仪、声纳浮标、船壳声纳、拖曳式声纳等探潜装备安装在声纳舰、反潜直升机、反潜巡逻机、己方潜艇等各种作战平台上，然后被部署到反潜作战一线，执行检查搜索或应召式反潜任务。以舰队综合反潜察打体系为例，通常由远程、中程、近程防卫圈构成，舰队中心位置是高价值舰艇，由内而外分别是由声纳舰构成的近程防卫圈，由驱逐舰、护卫舰、反潜直升机所构成的中程防卫圈，由己方攻击型潜艇和反潜巡逻机构成远程防卫圈。声纳舰探测潜艇的主要手段即为舰首前端的底壳声纳和船尾的拖曳式声纳。船首的底壳声纳系统只是一个点阵基集，所能执行的被动探测感知范围极其有限，同时其探测范围受目标潜艇噪声等级影响非常大，而船尾的拖曳式声纳作用距离通常为十几到几十千米量级。反潜直升机和反潜巡逻机受到航程距离、滞空时间、搜索范围等限制。传统反潜作战体系，是以机动反潜作战平台为核心，对他国潜艇可能出现的海域进行特定区域搜索。然而，我国领海为狭长带状，正面防御宽度大，搜索工作繁重，需要投入兵力装备极多，造成反潜成本高效率低，无法实时全面预警。
光纤水听器是一种建立在光纤传感和光电子技术基础上的水下声信号探测器，是目前各国研究较多的反潜手段之一。通过高灵敏度的光纤相干检测技术，将水声信号转换成光信号，并通过光纤传至信号处理系统而获得声信息。光纤水听器可以有效克服传统的声呐系统需要大量水下电子元件和信号传输电缆、价格昂贵、重量较大、密封性不好等问题，提高水声信号的探测精度和系统的稳定度。然而，水听器只适合于海下局部点式探测，并且一般的光纤水听器在组成链式结构时易出现光学系统的失衡，影响系统的探测性能，对系统平衡性要求将大幅度增加系统的制造成本和制作难度；对于干涉式水听器，将传感器级联成链会使信号变弱，影响探测效果。因此针对现有技术的不足，需要开发一种新的反潜方案。
发明内容
本发明目的是提供一种基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列及系统，以克服现有技术的不足。
基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警前端阵列，其特征是包括一字排列的多个水下固定单元，每个固定单元均由锚和潜标构成，且锚与潜标之间通过缆绳相互连接；
缆绳与锚的连接处设有传感光缆的固定点，在固定点上方的缆绳上还设有多个提拉点；
传感光缆的起始端自第一固定单元的固定点起，向上延伸至第一固定单元最高处的提拉点；然后横向延伸至第二固定单元的最高处提拉点，再向下延伸至第二固定单元的固定点；之后横向延伸至下一固定单元的固定点，…，依此类推，直至从最后一个固定单元最高处提拉点向下延伸到该固定单元底部的固定点，或者从最后一个固定单元底部的固定点向上延伸到该固定单元最高处提拉点；
传感光缆在每段缆绳上的竖向部分高度H需满足以下条件：H的高度介于水深的1/3—1/2；且所述潜标至少位于水面以下3米；
传感光缆在相邻两个固定单元之间的横向部分长度需满足以下条件：的长度大于其两侧竖向部分中较大一个H的2倍(防止两段竖起的部分缠绕)。
可见，前端传感阵列包括若干个潜标系统和传感光缆，潜标系统的作用是将传感光缆按照预设的长度L固定在相应的位置，并保证有高度为H的传感光缆被竖直拉起，在海底铺设水下光缆时,沿缆绳设立固定和多个提拉点，在固定点上，利用锚定的方式将长度为L的光缆固定在海底；在提拉点上，利用潜标将光缆拉起高度H。需要根据目标海域深度，预先调整H和L的大小构建前端传感阵列，进而在近海底层组成一个二维的探测阵列平面，实现传感光缆在xz平面内呈近似方波信号的二维排布，为后续的声信号定位提供物理基础。
所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是传感光缆在相邻两个固定单元之间的横向部分还设有用于防止其下坠的浮球。
所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是在传感光缆外面加装一层凯夫拉网，且在凯夫拉网上间隔设有凯夫拉锁扣，并通过凯夫拉锁扣使传感光缆固定于所述缆绳上。
基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是包括光源和一字排列的多个水下固定单元，每个固定单元均由锚和潜标构成，且锚与潜标之间通过缆绳相互连接；
缆绳与锚的连接处设有传感光缆的固定点，在固定点上方的缆绳上还设有多个提拉点；
传感光缆自位于海底的光源出发，首先连接至第一固定单元最高处的提拉点；然后横向延伸至第二固定单元的最高处提拉点，再向下延伸至第二固定单元的固定点；之后横向延伸至下一固定单元的固定点，…，依此类推，直至从最后一个固定单元最高处提拉点向下延伸到该固定单元底部的固定点，或者从最后一个固定单元底部的固定点向上延伸到该固定单元最高处提拉点；
传感光缆在每段缆绳上的竖向部分高度H需满足以下条件：H的高度小于水深的1/3—1/2；且所述潜标至少位于水面以下3米；
传感光缆在相邻两个固定单元之间的横向部分长度需满足以下条件：长度大于其两侧竖向部分中较大一个H的2倍(防止两段竖起的部分缠绕)，小于较大一个H的3倍(防止L0段过长导致下垂)。
所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是其包括位于光源两侧的两个独立的预警阵列，且两个传感阵列以位于海底的光源为中心分布在XZ平面内。
所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是传感光缆在相邻两个固定单元之间的横向部分还设有用于防止其下坠的浮球。
所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是在传感光缆外面加装一层凯夫拉网，且在凯夫拉网上间隔设有凯夫拉锁扣，并通过凯夫拉锁扣使传感光缆固定于所述缆绳上。
基于分布式光纤声波传感技术的远距离超前反潜预警系统，包括所述的反潜预警阵列，还包括海底工作站、浮标及信号传输缆；
所述海底工作站包括光源模块、解调模块、发射模块、供电模块和环形器，是水下光信号产生、解调、处理的中转站，同时也为系统提供电能，保证系统正常运转；且所述预警阵列的光源集成于所述光源模块中，
光源发出的光脉冲经调制、放大、滤波后，通过环形器进入前端阵列，前端阵列采集到的回波信号再通过环形器进入解调模块，并依次经过放大、滤波、光电探测后进行解调；
浮标漂浮在海面上，通过信号传输缆与海底工作站相连，获取数据并对数据进行压缩和加密处理，通过天线将海底工作站传出的信息实时发送给卫星，卫星转发给陆地的信号接收站，完成信息的传输。
所述浮标采用大型浮标平台，大型浮标平台的能源来自太阳能、风能、蓄电池及柴油发电机等，多种方式综合供能可以保障系统供电需求。
所述信号缆上可装浮球以提供浮力，避免下坠。
海底工作站中的光源模块发射光信号沿传感光缆依次经过海底平铺传感缆、拉起单元中的传感缆，循环至传感缆终端，其反射光信号实时反馈回海底工作站的解调模块，大量的反馈数据经过光电转换后，进行信号分析和处理，获得探测目标的方位、运动速度及方向等关键信息，再通过发射模块将这些信息经由传输光缆发送到浮标数据采集中心，经过压缩加密处理后，经由卫星发送回地面岸站。
所述系统的应用，其特征是所述系统在探测水下航行物方位和距离中的应用。
所述的应用，其特征是本发明的系统使用基于瑞利效应、拉曼效应和布里渊效应的光时域/频域反射(OTDR/OFDR)技术，特别是相干光时域反射(C-OTDR)、相敏光时域反射(Φ-OTDR)和布里渊散射传感技术，在探测水下航行物方位和距离中的应用。
发明优点
本发明将光纤DAS技术引入到海洋环境安全监测领域，并与大型浮标平台相结合，海面浮标平台通过光电传输缆对海底工作平台供电，而海底工作站采集的数据则通过光电传输缆直接传输到海面浮标的信息接收平台，再通过卫星传给基站，解决了系统在深远海中的供电及信号传输难题。进一步结合三维定位算法，提出一种基于光纤DAS技术的水下三维阵列超前反潜预警方法，将陆地上一维监测拓展到水下三维立体监测，能够扩展预警纵深，提高预警效率，节约作战成本，对铸造我国水下长城，提高国防安全具有重要意义。
本发明使用的分布式光纤声波传感(DAS)是一种特别适合于远距离实时测量的技术，具有动态应变的长距离、分布式、实时定量检测等优势。其中，相干光时域反射计(C-OTDR)、相敏光时域反射计(Φ-OTDR)和布里渊散射传感器均是有效的振动检测技术，可以测量振动位置、频率、振幅和相位等信息，在重要场所和重大基础设施的安防监测、大型结构的健康监测、油气资源勘探等领域有广阔的应用前景。例如，Z.Y.Wang等人提出了一种基于时间序列多频源的Φ-OTDR，该技术可以在不减小传感范围的情况下提高系统检测带宽，实现了9.6公里范围内系统带宽为0.5MHz的高信噪比检测。X.G.He等人提出一种能够检测在光纤不同位置同时发生多个振动事件的实际时间波形的新型分布式光纤声波传感器，该系统通过双脉冲相敏光时域反射计和外差相位解调技术提取实际波形，提高响应频率带宽达到25kHz。此外，苏州南智公司开发设计多种分布式光纤DAS检测系统，并广泛应用于隧道、油气管线、滑坡、桥梁及桩基础等各类工程，对各类工程设施和结构进行智能监测、健康诊断、灾害预警和安全评估。
现有的光纤DAS系统主要应用在陆地上，系统供电及信号实时传输都有一定的保障。而为了增加战略纵深，光纤DAS水下预警系统往往需要部署在远离岸边及海岛的地方，无法从陆上取电及直接利用路基岸站进行信号传输。为连续观测提供不间断的电力和信息实时传输成为系统应用面临的最大难题，本发明提出的利用大型浮标平台解决系统供电和信息传输的方案，能够很好的解决这一难题。此外，现有光纤DAS的应用主要依托油气管线、桥梁等陆地上的大型结构进行一维阵列方面的探测，对三维立体探测方面的研究较少。由此可见本发明不但提供了一种新的反潜预警系统，且拓展了光纤DAS技术的应用。
由于我国海岸线狭长，无论是传统反潜作战体系，还是光纤水听器反潜方法，都面临探测区域面积有限、运行成本高、效探测效率低，无法实时预警的问题。本发明将分布式光纤声波传感技术与反潜探测需求相结合，提出沿领海边境线铺设全光纤长距离分布式水声侦测实时预警系统，既解决了水听器在监测距离、传感基元数量等方面的局限性，又能对入侵我国海洋边界的潜艇实现前期预警，探测范围大、分辨率高，且能够实时并精确的定位潜艇位置，为传统反潜作战体系提供敌方潜艇的实时位置信息，降低反潜探测成本，提高反潜作业效率，保卫我国海洋权益。
附图说明
图1是本发明的反潜预警系统的总体结构示意图。
图2是本发明的前端阵列及其局部放大图。
图3是本发明的光纤传感光路示意图。
图4是URFL腔辅助的Φ-OTDR示意图。
图5是本发明的定位方式示意图。
其中，1前端阵列，101潜标，102缆绳，103锚，104横向浮球，105传感光缆，106提拉点，107固定点，108凯夫拉锁扣，109凯夫拉网，2海底工作站，201光源模块，202解调模块，203发射模块，204供电模块，3浮标，4信号传输缆，5浮球，6卫星，7信号接收站。
具体实施方式
1.预警系统组成
本发明提出了基于分布式光纤声波传感技术的远距离超前反潜预警系统，将光纤DAS技术应用于我国领海的安全监测领域，实现对入侵潜艇的及时发现、定位与预警。图1给出了光纤DAS水声侦测实时预警系统的组成示意图。
预警系统包括：海底工作站2、前端阵列1、浮标3及信号传输缆4。海底工作站2包括光源模块201、解调模块202、发射模块203及供电模块204，是水下光信号产生、解调、处理的中转站，同时也为系统提供电能，保证系统正常运转。前端传感阵列分为左右对称的两个独立的传感阵列，且两个传感阵列以海底工作站2为中心在xy平面内呈线性排列。每个前端传感阵列包括若干个潜标系统和传感光缆105，潜标系统的作用是将传感光缆105按照预设的长度L固定在相应的位置，并保证有高度为H的传感光缆105被竖直拉起，实现传感光缆105在xz平面内呈近似方波信号的二维排布，为后续的声信号定位提供物理基础。浮标3漂浮在海面上，通过信号传输缆4与海底工作站2相连，获取数据并对数据进行压缩和加密处理，通过天线将海底工作站2传出的信息实时发送给卫星6，卫星6转发给陆地的信号接收站7，完成信息的传输。
如图2，前端阵列1是通过在海底光缆外面编织一层凯夫拉绳，对光缆进行保护，并按照固定间隔预留受力缆绳102。在海底铺设水下光缆时,沿光缆设立多个固定和提拉点106。在固定点107上，利用锚103锚定的方式将长度为L的光缆固定耦合在海底；在提拉点106上，利用潜标101将光缆拉起高度H。需要根据目标海域深度，预先调整H和L的大小构建前端传感阵列，进而在近海底层组成一个二维的探测阵列平面。大型浮标平台的能源来自太阳能、风能、蓄电池及柴油发电机等，多种方式综合供能可以保障系统供电需求。
预警系统中所述光纤DAS技术指基于瑞利效应、拉曼效应和布里渊效应的光时域/频域反射(OTDR/OFDR)技术，包括但不限于：相干光时域反射(C-OTDR)、相敏光时域反射(Φ-OTDR)和布里渊散射传感技术。
预警系统采用超长拉曼光纤激光腔(URFL)技术，通过拉曼双向泵浦，光纤的前后两端都有泵浦光的输入，能够为系统提供更高的信号增益，实现超长距离光纤传感。并利用平衡检测技术来减小相对强度噪声(RIN)的影响。
预警系统采用基于ESPRIT算法估计波达方向，并进行阵列定向误差的分析与校正。
预警系统采用球面交汇法的矢量阵列方式进行信号源定位。
预警系统中采用的关键元器件及系统性能参数：(1)耦合器为3dB耦合器，分光比为50:50；(2)拉曼泵浦的波长为1365nm；(3)FBG1与FBG2的波长相同；(4)图1中H和L的数值，可根据水深及海底地形情况进行调整；(5)单臂前端传感阵列的总长度>100km。
2.工作原理
本发明中所述光纤DAS技术包括：基于瑞利效应、拉曼效应和布里渊效应的光时域/频域反射(OTDR/OFDR)技术，特别是相干光时域反射(C-OTDR)、相敏光时域反射(Φ-OTDR)和布里渊散射传感技术。下面所提及案例仅以Φ-OTDR技术为例，但本发明保护范围不限于此。
2.1Φ-OTDR工作原理
Φ-OTDR是基于OTDR的定位原理进行空间定位的分布式光纤传感器，利用高相干的窄线宽光源产生的光脉冲在光纤中传播时，不同位置的散射光会相遇并发生干涉。在光脉冲前进过程中，后向散射光不断产生并向后传播。当光纤上有扰动时，弹光效应引起光纤折射率变化，折射率的变化会直接导致散射光的相位变化，且散射光的相位变化正比于外界物理量的变化，两者存在线性正相关，所以可通过对散射光的相位信息进行解调，还原目标信号本身，能够对目标信号的强弱实现定量检测。
具体的，在Φ-OTDR系统中，窄线宽激光器发出连续光，经声光调制器调制成脉冲光，经过EDFA放大之后通过环形器注入到传感光纤中，由于光纤本身的折射率不均匀使得在其中传播的光波发生瑞利散射，后向瑞利散射光经光纤再次返回到环形器，经过光电探测器后进行AD采集，将数字信号传输到电脑上进行后续处理。当光纤沿线上某一位置点处发生入侵(扰动)，那么该位置处的光纤折射率和光纤长度将发生变化，进而导致该处的光纤折射率和光纤长度将发生变化，进而导致该处的后向瑞利散射的相位受到调制，最终体现在光电探测器所检测到的后向瑞利散射光功率的变化。其解调系统基本结构如图3所示。
2.2超长拉曼光纤激光腔(URFL)技术
为了进一步提高预警系统性能，实现在相近的空间分辨率和探测灵敏度下系统获得更远的探测距离，本发明采用超长拉曼光纤激光腔(URFL)技术，通过拉曼双向泵浦，光纤的前后两端都有泵浦光的输入，能够为系统提供更高的信号增益，对于实现超长距离光纤传感有积极作用。同时，为了避免对噪声进行放大，利用半导体光放大器和光开关大大降低了器件的带内相干噪声，并利用平衡检测技术进一步降低拉曼泵传递相对强度噪声，提高系统的信噪比。超长拉曼光纤激光腔(URFL腔)辅助的Φ-OTDR的实验装置如图4所示。
2.3基于ESPRIT算法的波达方向估计
波达方向估计主要是用作阵列信号的定向。一个信源有很多可能的传播路径和到达角。如果几个发射机同时工作，每个信源在传感器阵列处形成潜在的多径分量。因此，通过波达方向定位技术估计出这些到达角就显得很重要，目的是估计出声源的位置在工作以及发射机所处的方向。
为了快速的对阵列信号进行处理，本发明采用旋转不变子空间法(ESPRIT)，这种算法思想是将接收阵列在几何结构上分为两个完全一致的位置平移的子阵列，两个子阵列之间具有平移不变性，两个子阵列的间距△是已知的。使信号源入射角在两个子阵列上只相差一个旋转不变因子，这一旋转不变因子包含了各个入射信号的到达角信息，可以通过求解一个广义特征值方程得到。
2.4阵列定向误差的分析与校正
阵列误差校正主要是用于对波达方向估计进一步修正的。在实际应用中，由于受光纤制作工艺、布放位置偏差等因素的影响，误差不可避免，导致阵列流型出现一定程度的偏差、性能恶化，甚至失效。对于矢量阵列，因为每个阵元都具有指向性，所以其误差也具有方向性，包括单个矢量阵元的误差与阵列误差两部分，主要分为幅度误差与相位误差、阵元位置误差和阵元间的相互耦合误差。实际上，所有误差都可归结于矢量阵列通道的幅度误差与相位误差，其中幅度误差将改变阵列接收协方差矩阵的特征值大小，进而改变谱图中的谱峰高度，增加主峰宽度，抬高旁瓣高度，而相位误差则改变接收矩阵的特征向量，从而使得谱图极大值发生偏移，带来估计偏差，可以利用声压阵列误差的经典自校正算法来解决阵列的误差问题。
2.5基于球面交汇法的矢量阵列定位
获取了波达方向信息后，将两个正交方向的阵列信号进行一系列的处理，最终计算出目标声源的位置。具体的，将两个阵列方向的阵元取出3个，通过球面交汇法实现对目标的定位。设阵列阵元按任意位置摆放，如图5所示，将1号阵元置于原点作为参考点，(xi，yi，zi)表示第i个传感器的坐标(位于一个平面xOy上时，zi＝0，i＝1，2，…，n)，(x，y，z)表示声源S的坐标，ri表示声源S与第i个传感器的距离，v为声传播速度，t0为声源S开始发射信号的时刻，ti为第i个传感器接收到信号的时刻，则根据不同位置传感器接收信号的时延，可得到其定位的数学模型为
Figure BDA0002657072920000071
其中εi为模型误差，τi＝ti-t0。
当阵元个数为3时，可以得到方程组：
Figure BDA0002657072920000081
化简后，得到：
Figure BDA0002657072920000082
记
Figure BDA0002657072920000083
则
Figure BDA0002657072920000084
由前两个方程得：
Figure BDA0002657072920000085
将其带入最后一个方程，解得：
Figure BDA0002657072920000086
平方整理：
Figure BDA0002657072920000087
即
az2+bz+c＝0(9)
解得：
Figure BDA0002657072920000088
由上述推导可知，此模型至少需要3个传感器即可计算声源坐标(x，y，z)(当多于3个时，可求最小二乘解)，但需要记录t0和ti，这对解调设备的响应速度要求比较高。
3.工作过程描述
位于海底工作站2中的光源模块201发出脉冲激光信号光，经过环形器，依次到达前端传感阵列中的传感光缆105各处。同时，外界震动引起的瑞利后向散射光沿传感光缆105传到解调模块202。数据在解调模块202处理后，通过发射模块203，经过信号传输缆4传至浮标3，并利用卫星6将信号实时传输给用户岸站。

Claims (9)

1.基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警前端阵列，其特征是包括一字排列的多个水下固定单元，每个固定单元均由锚（103）和潜标（101）构成，且锚（103）与潜标（101）之间通过缆绳（102）相互连接；
缆绳（102）与锚（103）的连接处设有传感光缆（105）的固定点（107），在固定点（107）上方的缆绳（102）上还设有多个提拉点（106）；
传感光缆（105）的起始端自第一固定单元的固定点（107）起，向上延伸至第一固定单元最高处的提拉点（106）；然后横向延伸至第二固定单元的最高处提拉点（106），再向下延伸至第二固定单元的固定点（107）；之后横向延伸至下一固定单元的固定点（107），…，依此类推，直至从最后一个固定单元最高处提拉点（106）向下延伸到该固定单元底部的固定点（107），或者从最后一个固定单元底部的固定点（107）向上延伸到该固定单元最高处提拉点（106）；
传感光缆（105）在每段缆绳上的竖向部分高度H需满足以下条件：H的高度介于水深的1/3—1/2；且所述潜标（101）至少位于水面以下3米；
传感光缆（105）在相邻两个固定单元之间的横向部分长度L需满足以下条件：L的长度大于其两侧竖向部分中较大一个H的2倍；
所述传感光缆（105）在相邻两个固定单元之间的横向部分还设有用于防止其下坠的浮球（104）。
2.如权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警前端阵列，其特征是在传感光缆（105）外面加装一层凯夫拉网（109），且在凯夫拉网（109）上间隔设有凯夫拉锁扣（108），并通过凯夫拉锁扣（108）使传感光缆固定于所述缆绳（102）上。
3.基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是包括光源和权利要求1或2所述的前端阵列，其中传感光缆（105）自位于海底的光源出发，首先连接至第一固定单元最高处的提拉点（106）。
4.如权利要求3所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是其包括位于光源两侧的两个独立的前端阵列，且两个前端阵列以位于海底的光源为中心分布在XZ平面内。
5.如权利要求3所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是传感光缆（105）在相邻两个固定单元之间的横向部分还设有用于防止其下坠的浮球（104）。
6.如权利要求3或4所述的基于分布式光纤声波传感的远距离超前反潜预警阵列，其特征是在传感光缆外面加装一层凯夫拉网（109），且在凯夫拉网（109）上间隔设有凯夫拉锁扣（108），并通过凯夫拉锁扣（108）使传感光缆固定于所述缆绳（102）上。
7.基于分布式光纤声波传感技术的远距离超前反潜预警系统，包括：权利要求3、4、5或6所述的反潜预警阵列，还包括海底工作站（2）、浮标（3）及信号传输缆（4）；
所述海底工作站（2）包括光源模块（201）、解调模块（202）、发射模块（203）、供电模块（204）和环形器，是水下光信号产生、解调、处理的中转站，同时也为系统提供电能，保证系统正常运转；且所述预警阵列的光源集成于所述光源模块（201）中，
光源发出的光脉冲经调制、放大、滤波后，通过环形器进入前端阵列，前端阵列采集到的回波信号再通过环形器进入解调模块（202），并依次经过放大、滤波、光电探测后进行解调；
浮标（3）漂浮在海面上，通过信号传输缆（4）与海底工作站（2）相连，获取数据并对数据进行压缩和加密处理，通过天线将海底工作站传出的信息实时发送给卫星（6），卫星转发给陆地的信号接收站（7），完成信息的传输。
8.权利要求7所述系统的应用，其特征是所述系统在探测水下航行物方位和距离中的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征是权利要求8所述系统使用基于瑞利效应、拉曼效应和布里渊效应的光时域/频域反射（OTDR/OFDR）技术、相干光时域反射（C-OTDR）、相敏光时域反射（Φ-OTDR）和布里渊散射传感技术，在探测水下航行物方位和距离中的应用。
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