CN114858264A - 一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于海洋测绘技术领域，提供了一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法。该声速测量装置包括：光源模块，用于发出第一差频光束；超声换能器，用于向待测介质区域发射声波；分光模块，用于使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域；测距模块，用于测量所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离；时间测量模块，用于测量声波在所述距离上的传播时间；速度计算模块，根据所述距离和所述传播时间，计算得到声速。本发明以自拍频声光效应为基本原理，实现飞行时间和距离测量，完成了可溯源、低成本、高精度的稳定声速测量，进而提高海底勘探、声呐探测应用中声线修正工作的准确性。

Description

一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法

技术领域

本发明属于海洋测绘技术领域，尤其涉及一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法。

背景技术

海洋测绘是以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制工作统称，海洋测绘的测量参数包括大气、水文以及海底地形、地貌、底质、重力、磁力等各种信息和数据。在海洋测绘中，主要依靠速度与时间差的关系来测量水下距离和角度。其中，声波传播速度是最重要的声学参数之一，它是影响声波在海洋中传播的最基本的物理量参数。

为了准确测量海洋中的距离、水准或者方位，需要采用更为精确的声速测量装置或方法。海水中的声速测量一般包括两类方法：直接测量和间接测量。直接测量通过测量超声波在固定距离内飞行时间或者测量超声波波长和频率。间接测量利用CTD测量得到的温度、盐度、深度和经验公式计算得到声速。

现有的间接测量受限于已有的用于拟合的直接测量得到的声速测量数据，并且公式本身无法向声速定义溯源，适用范围有限；现有的直接测量的超声波飞行距离和标定测量距离严格一致较为困难，难以得到高精度的测量结果。因此，需要提供一种溯源性好、精确度高且稳定的声速测量方法。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，旨在可向定义溯源地测量海水声速值，提高海洋声速测量结果的溯源性、精确性和稳定性，进而提高海底勘探、声呐探测应用中声线修正工作的准确性。

本发明实施例是这样实现的，一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置包括：

光源模块，用于发出第一差频光束；

超声换能器，用于向待测介质区域发射声波；

分光模块，用于接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域；

测距模块，用于通过外差法测量所述待测介质区域中所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离；

时间测量模块，用于测量声波在所述距离上的传播时间；

速度计算模块，根据所述距离和所述传播时间，计算得到声速。

本发明实施例的另一目的在于一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法包括：

发射第一差频光束；

接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域；

分别测量所述第二差频光束和所述第三差频光束的相位，计算两束差频光束的相位差，并根据所述相位差得到所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离D；

在待测介质区域中发射第一声波，分别获取所述第一声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束产生的衍射光信号，根据所述衍射光信号和互相关算法得到所述第一声波的飞行时间t；

根据公式v=D/t计算出所述第一声波的声速v。

本发明实施例提供的一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，以基于氦氖激光器外差测距与自拍频声光效应为基本原理，利用探头矫正和大带宽高信噪比信号，实现飞行距离测量，完成了低成本、高精度的稳定声速测量，进而提高海底勘探、声呐探测应用中声线修正工作的准确性。

附图说明

图1为声光效应的原理图；

图2为激光衍射产生自拍频的示意图；

图3为一个实施例提供的用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置的结构框图；

图4为一个实施例提供的用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置的光路图；

图5为一个实施例提供的光源模块的光路图；

图6为一个实施例提供的分光模块和待测模块的光路图；

图7为一个实施例提供的时间测量模块的结构示意图；

图8为一个实施例提供的四象限探测器检测的X轴输出波形图；

图9为一个实施例提供的四象限探测器检测的Y轴输出波形图；

图10为一个实施例提供的矫正探头的原理图；

图11为一个实施例提供的声光信号波形图；

图12为一个实施例提供的经过互相关计算后的声光信号波形图；

图13为一个实施例提供的测距模块的结构示意图；

图14为一个实施例提供的用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法的流程图；

附图标号：

100、光源模块；110、光源；120、第一分束镜；130、第二分束镜；140、第一反射镜；150、第二反射镜；160、声光移频器；

200、待测模块；210、待测介质区域；220、超声换能器；

300、分光模块；310、第三分束镜；320、第四分束镜；330、第三反射镜；340、第四反射镜；350、第一开关；360、第二开关；

400、时间测量模块；410、四象限光电探测器；420、第一低通滤波器；430、示波器；

500、测距模块；510、硅雪崩光电探测器；520、放大器；530、混频器；540、第二低通滤波器；550、频率计数器；560、铷钟；570、第一信号发生器；580、第二信号发生器；

600、速度计算模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。

首先，对本发明方案的运用场景做一个说明。

本发明提供的装置和方法所运用的场景是海洋水下的环境。我们知道，声速在不同的介质中具有不同传播速度。受到海水中温度、盐度等因素的影响，海洋中的声速传播是不均匀的，直接测量声速计算距离会导致海洋定位不准确。海洋的不均匀性和多变性强烈地影响着海洋中的声传播，海水中的声速变化也体现出随着空间和时间变化的复杂性。

海洋海水具有分层的特点。通过研究发现，海水中声速是温度、盐度和静压力的函数，声速随着温度、盐度和压力的增加而增加。海水随着深度变化而逐渐分层，声速在每一层的传播速度都不相同，形成声速剖面。在同一个声速剖面中，声速近似不变。

因此，本发明的运用场景在于测量声速剖面每一层中声速。通过向海水中投放声速仪，随着声速仪下降，将每一层的声速都测量出来，进而将声速变化的趋势测量出来，得到声速剖面，最后利用声波进行距离测量，得到海洋位置的定位。

其次，需要解释一下本申请采用的原理“自拍频声光效应”。

声光效应是由于超声波在介质中传播时，会引起介质的折射率呈现周期性变化，表现为相位光栅的性质。当光学频率梳经过这样的扰动区域时，会形成衍射现象，产生多道衍射光，如图1所示。声光效应中包含多普勒效应，衍射光中光频率成分丰富，表现为：

f表示衍射光频率，

表示光原有频率，

表示超声波的频率，n整数。

如图2，由于激光都具有发散角，当衍射角小于发散角的时候，在理论上衍射光之间在空间上无法分开，各级衍射光叠加在一起产生拍频信号。在声光效应产生光衍射的情况下，多条衍射光之间难以分开，自然地存在拍频信号。因此，本文把这种现象定义为自拍频声光效应。

如图3和图4所示，在一个实施例中，提供了一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置包括：

光源模块100，用于发出第一差频光束；

超声换能器220，用于向待测介质区域210发射声波；

分光模块300，用于接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过所述待测介质区域210；

测距模块500，用于通过外差法测量所述待测介质区域210中所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离；

时间测量模块400，用于测量声波在所述距离上的传播时间；

速度计算模块600，根据所述距离和所述传播时间，计算得到声速。

在本实施例中，光源模块100中的光是由氦氖激光器提供激光，光源模块100发出的第一差频光束为差频信号光或拍频信号光。

在本实施例中，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置还包括待测模块200，待测模块200包括待测介质区域210和超声换能器220，待测介质区域210为实际海底中的不同分层，同一海水分层中的声速近似不变。

本实施例的声速测量装置的目的是为了测量超声波在介质当中的传播速度，因此该装置在实际的海水中测量声速。声速测量的公式为：

其中，D为超声波的飞行距离，也就是所述待测介质区域210中所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离；t为超声波的飞行时间。

由于衍射光产生了可以被光电探测器探测到的光学信号，时间测量模块400通过标记声经过的时刻，从而计算飞行时间。测距模块500利用氦氖激光器外差测量飞行距离，降低了目前已有的基于光学测距方法及声光效应测量声速的成本，简化了结构便于做便携式的声速测量装置。有益于将基于光学测距方法及声光效应的声速测量方法广泛推广至人们日常的生产生活中。自拍频声光效应这种自然的物理现象，产生了宽带，高信噪比的抗干扰啁啾信号，进一步提升飞行时间的测量精度，展示出信号层面的良好的灵活性，有利于为进一步的海底勘探、声呐探测应用提供准确的声线修正。

在一个实施例中，如图4和图5所示，光源模块100包括光源110、第一分束镜120、第二分束镜130、第一反射镜140、第二反射镜150和声光移频器160；

所述第一分束镜120用于将所述光源110发出的光束分束为第一光束和第二光束；

所述第一分束镜120和所述第二分束镜130设置在所述第一光束的光路上；

所述第一分束镜120、所述第一反射镜140、所述声光移频器160、所述第二反射镜150和所述第二分束镜130设置在所述第二光束的光路上；

所述第二分束镜130用于将所述第一光束和所述第二光束合束为所述第一差频光束。

在本实施例中，光源110为氦氖激光器。光源110发射出光束，第一分束镜120将光 束分成第一光束和第二光束，光频率为v。第一光束直接射入第二分束镜130中；第二光束先 后经过第一反射镜140，再经过声光移频器160，得到频率为

的光束，然后光束经过第二反 射镜150，最终射入第二分束镜130中。第二分束镜130将两束光合成一束光，即得到第一差 频光束。差频信号光束用于测距，距离测量的精度依赖于差频光束的频率，差频信号频率越 高，测量精度越高，并且利用氦氖激光器外差测量飞行距离，有效地降低了目前已有的基于 光学测距方法复杂度。

在一个实施例中，如图4和图6所示，所述分光模块300包括第三分束镜310、第四分束镜320、第三反射镜330、第四反射镜340、开关；

所述第三分束镜310用于将所述第一差频光束分束为所述第二差频光束和所述第三差频光束；

所述第三分束镜310、所述开关、所述待测介质区域210和所述第四分束镜320设置在所述第二差频光束的光路上；

所述第三分束镜310、所述第三反射镜330、所述开关、所述待测介质区域210、所述第四反射镜340和所述第四分束镜320设置在所述第三差频光束的光路上。

在本实施例中，第一差频光束经过第三分束镜310，被分为两束光：一束光是与原光路方向一致的第二差频光束，另一束光是与原光路方向垂直的第三差频光束。开关包括第一开关350和第二开关360。第二差频光束经过第一开关350后，进入待测介质区域210，然后射入第四分束镜320；第三差频光束经过第三反射镜330反射后，使得反射后的第三差频光束与第二差频光束平行，反射后的第三差频光束经过第二开关360后，进入待测介质区域210，经过第四反射镜340反射后，射入第四分束镜320。第二差频光束和第三差频光束可在第四分束镜320合束。

第二差频光束和第三差频光束形成马赫-曾德干涉仪，用于测量待测介质区域210中传播的超声波信号。超声波信号进入待测介质区域210会产生自拍频声光效应，衍射光之间相互拍频，产生了可以被光电探测器探测到的光学信号，用于标记声经过的时刻，从而计算飞行时间；并且可通过相位测量法测出第二差频光束和第三差频光束之间的相位差，进而得到第二差频光束和第三差频光束之间的距离。

在一个实施例中，如图4和图7所示，所述时间测量模块400包括四象限光电探测器410、第一低通滤波器420和示波器430；

所述四象限光电探测器410用于接收所述第四分束镜320射出的第四差频光束；

所述四象限光电探测器410与所述第一低通滤波器420，所述第一低通滤波器420与所述示波器430连接。

在本实施例中，时间测量模块400有两个作用，一是可以对声波的传播方向进行优化，使得声波传播方向与待测介质区域210中的第二差频光束和第三差频光束垂直；二是用于测量声波的飞行时间。第四分束镜320用于将第二差频光束和第三差频光束合束并分光成第四差频光束和第五差频光束，第四差频光束用于矫正和测量时间，第五差频光束用于后续的测距。

在测量声波之前需要对超声换能器220的探头矫正，以优化声波的传播方向，具体操作步骤如下：

首先，用超声换能器220发出50K的脉冲正弦波，通过在示波器430上观察四象限光电探测器410的X轴输出和Y轴输出，得到未调整前的波形图。其次，通过调整超声换能器220的探头，当X轴输出为最小（如图8所示，理想情况下X轴输出为0）且Y轴输出最大（如图9所示）时，探头姿态矫正完毕，此时可以保证平面声波传播方向与第二差频光束和第三差频光束所形成的平面，原理如图10所示。四象限光电探测器410可以探测光斑位置变化，并输出X轴及Y轴方向上的位置变化，X轴垂直于Y轴。矫正探头的目的在于将X轴方向和超声波传播方向，保证声波实际飞行距离与超声波飞行距离匹配，进而减少由于不匹配带来的声速测量误差。

测量声波的飞行时间的操作步骤如下：

首先，超声换能器220发出300KHz～1.2MHz的啁啾脉冲超声波。其次，四象限光电探测器410接收第四差频光束，输出X轴信号和Y轴信号，经过两个第一低通滤波器420将两个通道分别在示波器430中显现出，得到声光信号波形图，如图11所示；利用互相关算法得到互相关图形结果，如图12所示。最后，通过测量图12中声光互相关波形中第二差频光束和第三差频光束形成的波形的间隔，得到飞行时间t。本实施例利用自拍频声光效应这种自然的物理现象，产生了可以被光电探测器探测到的高信噪比的抗干扰啁啾信号，进一步提升飞行时间的测量精度，展示出信号层面的良好的灵活性。

在一个实施例中，如图4和图13所示，所述测距模块500包括硅雪崩光电探测器510、放大器520、混频器530、第二低通滤波器540、频率计数器550、铷钟560、第一信号发生器570和第二信号发生器580；

所述硅雪崩光电探测器510用于接收所述第四分束镜320射出的第五差频光束；

所述硅雪崩光电探测器510、所述放大器520、所述混频器530、所述第二低通滤波器540和所述频率计数器550依次连接设置；

所述铷钟560分别连接所述第一信号发生器570和所述第二信号发生器580，所述第一信号发生器570与所述混频器530连接，所述第二信号发生器580与所述频率计数器550连接。

在本实施例中，第四分束镜320用于将第二差频光束和第三差频光束合束并分光成第四差频光束和第五差频光束，第四差频光束用于矫正和测量时间，第五差频光束用于后续的测距。

在测距中，第二差频光束和第三差频光束在到达硅雪崩光电探测器510时相位不同，体现了第二差频光束和第三差频光束之间的光程差，该光程差等于两倍的第二差频光束和第三差频光束之间的距离。本实施例所采用的测距不需要第二差频光束和第三差频光束的合束，而是单独测量第二差频光束和第三差频光束的相位。测距模块500的各个部分工作步骤如下：

铷钟560为第一信号发生器570和第二信号发生器580提供时间基准，分别是第一时间信号和第二时间信号。第一信号发生器570和第二信号发生器580输出的信号用于解调相位，进而获取飞行距离。硅雪崩光电探测器510输出信号经过放大器520放大之后（信号频率为350MHz，信噪比大于40dB）与第一信号发生器570产生的349MHz正弦信号一起输入进混频器530进行计算，得到第一混合信号。混频器530输出第一混合信号经过第二低通滤波器540后，信号频率为1MHz，与第二信号发生器580输出的1MHz信号一起送入频率计数器550进行相位测量。

控制第一开关350和第二开关360交替开关，交替测量两个路径的相位，根据所述 第二差频光束和所述第三差频光束的所述相位差

，将相位差通过公式换算成几何距离 差。而这个几何距离差为飞行距离的二倍，具体公式如下：

其中，D为超声波的飞行距离；c为光速；n为待测介质区域210的折射率；

为声 光移频器160的驱动频率。

本实施例的测距模块500利用氦氖激光器外差测量飞行距离，降低了目前已有的基于光学测距方法及声光效应测量声速的成本，简化了结构便于做便携式的声速测量装置，同时得到稳定的测量结果。

如图14所示，在一个实施例中，提供了一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法包括步骤S202~S210：

步骤S202，发射第一差频光束。

步骤S204，接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域210。

步骤S206，分别测量所述第二差频光束和所述第三差频光束的相位，计算两束差频光束的相位差，并根据所述相位差得到所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离D。

步骤S208，在待测介质区域中发射第一声波，分别获取所述第一声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束产生的衍射光信号，根据所述衍射光信号和互相关算法得到所述第一声波的飞行时间t。

步骤S210，根据公式v=D/t计算出所述第一声波的声速v。

本实施的具体实施方式已经在前文中做了详细的阐述，此处不再赘述。本实施例以基于氦氖激光器外差测距与自拍频声光效应为基本原理，利用探头矫正和大带宽高信噪比信号，实现飞行距离测量，完成了低成本、高精度的稳定声速测量，进而提高海洋定位的准确性。

在本实施例中，步骤S206具体包括步骤S302~S314：

步骤S302，利用开关断开所述第二差频光束。

步骤S304，利用硅雪崩光电探测器510接收所述第三差频光束，并对所述第三差频光束的信号进行放大，得到光信号。

步骤S306，通过铷钟560发射第一时间信号和第二时间信号，将所述第一时间信号与所述光信号混合，得到第一混合信号。

步骤S308，对所述第一混合信号进行滤波处理，将滤波后的所述第一混合信号与所述第二时间信号在频率计数器550混合，得到第二混合信号。

步骤S310，测量所述第二混合信号的相位，即所述第三差频光束的相位。

步骤S312，利用开关断开所述第三差频光束，同理测得所述第二差频光束的相位。

步骤S314，根据所述第二差频光束和所述第三差频光束的所述相位差，计算所述距离D。

在本实施例中，步骤S208之前还包括调整声波的发射角度，具体包括如下步骤S402~S406：

步骤S402，在所述待测介质区域210中发出第二声波，使所述第二声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束，产生第一衍射光信号。

步骤S404，利用所述四象限光电探测器410接收所述第一衍射光信号，并在示波器430中显示所述第一衍射光信号的波形图。

步骤S406，通过调整所述第二声波发射角度，使得波形图中的X轴电压输出值最小且Y轴输出电压最大，得到所述第二声波的传播方向同时垂直于所述第二差频光束和所述第三差频光束。

在本实施例中，步骤S208具体包括步骤S502~S510：

步骤S502，在所述待测介质区域210中发出所述第一声波。

步骤S504，所述第一声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束，并在所述第二差频光束中产生第二衍射光信号，在所述第三差频光束中产生第三衍射光信号。

步骤S506，利用分束镜对所述第二差频光束和所述第三差频光束进行合束，将合束光分束，得到第四差频光束。

步骤S508，利用四象限光电探测器410获取所述第四差频光束，通过互相关算法在同一波形图中显示所述第二衍射光信号和所述第三衍射光信号。

步骤S510，测量所述第二衍射光信号和所述第三衍射光信号在时间轴上的间隔，得到所述飞行时间t。

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发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，其特征在于，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置包括：

光源模块，用于发出第一差频光束；

超声换能器，用于向待测介质区域发射声波；

分光模块，用于接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过所述待测介质区域；

测距模块，用于通过外差法测量所述待测介质区域中所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离；

时间测量模块，用于测量声波在所述距离上的传播时间；

速度计算模块，根据所述距离和所述传播时间，计算得到声速。

2.根据权利要求1所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，其特征在于，光源模块包括光源、第一分束镜、第二分束镜、第一反射镜、第二反射镜和声光移频器；

所述第一分束镜用于将所述光源发出的光束分束为第一光束和第二光束；

所述第一分束镜和所述第二分束镜设置在所述第一光束的光路上；

所述第一分束镜、所述第一反射镜、所述声光移频器、所述第二反射镜和所述第二分束镜设置在所述第二光束的光路上；

所述第二分束镜用于将所述第一光束和所述第二光束合束为所述第一差频光束。

3.根据权利要求1所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，其特征在于，所述分光模块包括第三分束镜、第四分束镜、第三反射镜、第四反射镜、开关；

所述第三分束镜用于将所述第一差频光束分束为所述第二差频光束和所述第三差频光束；

所述第三分束镜、所述开关、所述待测介质区域和所述第四分束镜设置在所述第二差频光束的光路上；

所述第三分束镜、所述第三反射镜、所述开关、所述待测介质区域、所述第四反射镜和所述第四分束镜设置在所述第三差频光束的光路上。

4.根据权利要求3所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，其特征在于，所述时间测量模块包括四象限光电探测器、第一低通滤波器和示波器；

所述四象限光电探测器用于接收所述第四分束镜射出的第四差频光束；

所述四象限光电探测器与所述第一低通滤波器，所述第一低通滤波器与所述示波器连接。

5.根据权利要求3所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，其特征在于，所述测距模块包括硅雪崩光电探测器、放大器、混频器、第二低通滤波器、频率计数器、铷钟、第一信号发生器和第二信号发生器；

所述硅雪崩光电探测器用于接收所述第四分束镜射出的第五差频光束；

所述硅雪崩光电探测器、所述放大器、所述混频器、所述第二低通滤波器和所述频率计数器依次连接设置；

所述铷钟分别连接所述第一信号发生器和所述第二信号发生器，所述第一信号发生器与所述混频器连接，所述第二信号发生器与所述频率计数器连接。

6.一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法，其特征在于，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法包括：

发射第一差频光束；

接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域；

分别测量所述第二差频光束和所述第三差频光束的相位，计算两束差频光束的相位差，并根据所述相位差得到所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离D；

在待测介质区域中发射第一声波，分别获取所述第一声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束产生的衍射光信号，根据所述衍射光信号和互相关算法得到所述第一声波的飞行时间t；

根据公式v=D/t计算出所述第一声波的声速v。

7.根据权利要求6所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法，其特征在于，得到所述距离D的方法包括：

利用开关断开所述第二差频光束；

利用硅雪崩光电探测器接收所述第三差频光束，并对所述第三差频光束的信号进行放大，得到光信号；

通过铷钟发射第一时间信号和第二时间信号，将所述第一时间信号与所述光信号混合，得到第一混合信号；

对所述第一混合信号进行滤波处理，将滤波后的所述第一混合信号与所述第二时间信号在频率计数器混合，得到第二混合信号；

测量所述第二混合信号的相位，即所述第三差频光束的相位；

利用开关断开所述第三差频光束，同理测得所述第二差频光束的相位；

根据所述第二差频光束和所述第三差频光束的所述相位差，计算所述距离D。

8.根据权利要求6所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法，其特征在于， 得到所述飞行时间t之前还包括调整声波的发射角度，具体包括如下步骤：

在所述待测介质区域中发出第二声波，使所述第二声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束，产生第一衍射光信号；

利用四象限光电探测器接收所述第一衍射光信号，并在示波器中显示所述第一衍射光信号的波形图；

通过调整所述第二声波发射角度，使得波形图中的X轴电压输出值最小且Y轴输出电压最大，得到所述第二声波的传播方向同时垂直于所述第二差频光束和所述第三差频光束。

9.根据权利要求6所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法，其特征在于，得到所述飞行时间t的步骤包括：

在所述待测介质区域中发出所述第一声波；

所述第一声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束，并在所述第二差频光束中产生第二衍射光信号，在所述第三差频光束中产生第三衍射光信号；

利用分束镜对所述第二差频光束和所述第三差频光束进行合束，将合束光分束，得到第四差频光束；

利用四象限光电探测器获取所述第四差频光束，通过互相关算法在同一波形图中显示所述第二衍射光信号和所述第三衍射光信号；

测量所述第二衍射光信号和所述第三衍射光信号在时间轴上的间隔，得到所述飞行时间t。

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