空间差分干涉的光纤分布式水下声波测量
多波束测深系统在内河航道测量中的运用
多波束测深系统在内河航道测量中的运用多波束测深系统在内河航道测量中的运用摘要：在三角碛河段卵石沙波运动观测中，用SEABAT 8101多波束测深系统对一段航道试验段做了2次重复水深测量，目的是研究在短时间内河床卵石沙波微小变化。
讨论了多波束系统的安装校准及质量控制问题；分析了测量中的主要误差源。
通过对测量结果的分析表明，多波束测量的水深数据在反映水下微地形和分析局部沉积物运移趋势中，具有传统单波束测深不可比拟的优势。
关键词：多波束水下扫描误差来源多波束测深系统简介多波束测深是水声技术、计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成，最常使用在海洋环境中，多波束测深系统打破了传统单波束以点为基础的离散式的作业模式，而代之以空间面为基础的立体式作业模式，实现了立体测图、智能处理以及自动化成图。
其工作原理是通过换能器阵进行声波广角度定向发射、接收，运用各种传感器（卫星定位系统、运动传感器、电罗经、声速剖面仪等）对各个波束测点的空间位置进行归算，从而获取与航向垂直的条带式高密度水深数据。
与传统的单波束测深技术相比较，多波束测深系统优势明显。
①多波束系统采用了全覆盖的测量方式，采集的数据全面，能真实的反映河床地形；②多波束系统同步记录船体姿态信息，起伏、纵摇、横摇、航向等，由后处理软件对测量结果进行校正，使测量结果受外界不利因素影响减小到最低限度；③多波束系统后处理软件功能强大，能对测量资料进行多种成图处理，可生成等值线图、三维立体图、彩色图像、剖面图等，同时还能对同一测区不同测次进行比较以及土方计算等，极大地提高了工作效率；④多波束系统应用的采集软件具有实时成像功能，可以直观地看到水下的地形起伏，以及护岸工程的效果，便于指挥决策和重点监测，利用软件的回放功能，不仅在现场而且在室内也能演示；⑤多波束系统通过后处理软件可以绘制任意比例尺水下图形图，可以满足高精度的水利工程测量要求。
与常规多波束系统不同，SEA BAT 8101 采用特殊的波束形成方法，即在发射和接收时，系统均产生完全经过横摇校正的波束，此项技术被称为旋转定向发射（RDT），其优点为：在发射和接收时无论在沿航迹方向还是垂直航迹方向均可以获得极好的指向性，换能器小但声源级高、系统的安装应用非常方便灵活、旁瓣抑制好于36dB、错误率低。
单波束测深仪原理
单波束测深仪原理
单波束测深仪是一种用于测量水深的设备，它利用声波在水中的传播特性来实现对水深的测量。
其原理是利用声波在水中传播的速度和回波的时间差来计算水深，通过这种方式可以快速、精确地测量水深，是海洋调查和地质勘探中常用的设备之一。
单波束测深仪的原理主要包括声波传播、回波接收和水深计算三个部分。
首先，声波传播是单波束测深仪原理的基础。
当测深仪发出声波信号时，这些声波会在水中传播，然后被水底或水面反射回来。
声波在水中的传播速度是已知的，通过测量声波从发射到接收的时间，可以计算出声波在水中传播的距离。
其次，回波接收是单波束测深仪原理的关键。
当发出的声波信号被水底或水面反射后，测深仪会接收到这些回波信号。
通过接收回波的时间和信号强度，可以确定水深和水底地形等信息。
最后，水深计算是单波束测深仪原理的核心。
根据声波传播的速度和回波的时间差，可以计算出水深的值。
同时，通过对回波信
号的处理和分析，可以获取更多关于水底地形和地质结构的信息。
总的来说，单波束测深仪利用声波在水中的传播特性，通过发射和接收声波信号来实现对水深的测量。
其原理简单清晰，操作方便快捷，适用于各种水域环境的水深测量工作。
除了测量水深，单波束测深仪还可以用于水下地形的测绘和海洋生物调查等工作。
通过对声波回波信号的分析，可以获取水下地形的三维模型，为海洋地质勘探和海底管道铺设等工作提供重要的数据支持。
总之，单波束测深仪原理简单清晰，通过声波传播和回波接收来实现对水深的测量，是一种常用的水文测量设备，具有广泛的应用前景和重要的科研价值。
次声波可以水下测距的例子
次声波可以水下测距的例子次声波衰减小，传输距离超远，甚至可以绕地球几周。
所以次声波使非常理想的通信方式，因为声音在空气中的传播速度每秒340米/秒，所以不适合远距离通信。
虽然在海水中次声波的传输速度可达1500米/秒，相比于激光和无线电波每秒3600米/秒，根本不是一个数量级。
传统声波通信是有严重的衰减，所以不适合远距离通信。
不过次声波倒是比较适合潜艇通信，因为次声波的频率很低，远距离通信衰减很小。
声波的频率很多，高频率的声波容易衰减，低频率的声波不容易衰减。
声波在不同的介质的传播速度也不一样，比如在海水里的传播速度就高达1500米/秒，而在空气中的传播速度仅有340米/秒。
因为无线电波无法在水的介质中传播，所以水下通信基本都是声波通信。
人耳朵可以听到的声波和超声波都是高频声波，长距离传输衰减很严重，所以很不适合在水中用于通信。
低频次声波传输距离非常远，远道可以绕地球几周，而且几乎没有衰减，所以非常适合水下通信。
因为海水有背景杂音，所以使用次声波通信也比较困难，可能会对次声波通信产生干扰。
如果能够有效顾虑掉干扰，次声波不失为最理想的水下通信方式，因为可以实现超远距离通信。
这种超远距离水下通信只能是潜艇和舰艇、潜艇和鱼雷、潜艇和舰艇之间实现。
因为声音的传播速度很慢，所以延时会很严重，无法进行视频通信，仅仅语音通信延时都非常严重。
这种通信延时有时候会错失最佳战机，在现代海战战场上速度决定胜负。
只有第一时间获取情报信息，才能第一时间实施有效打击。
所以次声波通信更适合那种非对抗性的隐蔽突击，比如潜艇在公海中长时间巡航，比潜艇执行侦察任务等。
在激烈的海军对抗中需要一种全新的高速通信方式，蓝绿激光和量子通信比较适合潜艇高速通信，潜入深海的潜艇都可以和预警机里的指挥官视频通话。
这种可视化指挥没有任何延时，激光通信可以超越5G而达到6G的标准。
只有蓝绿激光才可以在水下通信，普通激光束无法穿透海水。
蓝绿激光水下通信利用的就是波长为450—530纳米的蓝绿色光在水下衰减较小的原理。
水中声压级的参考声压
水中声压级的参考声压水是地球上最普遍的物质之一，它不仅构成了大部分地球表面，也是生命存在的基础。
水中声波的传输有着很多重要的应用，例如海底传声、水下通讯、声纳探测等。
在水中声波传播的研究中，声压级是一个非常重要的参考参数，是衡量声音大小的重要指标。
声压级是一种对声音强度和频率的量化表示方式，通常用单位分贝（dB）来表示。
水中声压级的参考声压是一个确定的数值，用来作为比较声音强度大小的标准。
根据国际标准ISO 9613-1，水中声压级的参考声压为1微帕。
在这个基础上，如果一个声音的声压级为1dB，那么它的声压就是1.12微帕；如果声压级为10dB，那么声压就是11.2微帕。
水中声压级的参考声压与空气中声压级的参考声压是不同的。
空气中的参考声压是20微帕，也就是说，相同声压级的声音，在水中和空气中的声压是不同的。
因此，在科学研究和工程应用中，需要根据不同的场合和需求，来确定合适的参考声压。
水中声波的传播和空气中声波的传播有很多不同之处。
由于水分子的相对密度大于空气分子的相对密度，水中声波的传播速度比空气中声波的传播速度快约四倍。
此外，水中的声波衰减也比空气中的声波衰减更慢，因此，声音在水中的传播距离也相对更远。
为了研究水中声波的传播规律，需要进行一系列的实验和测试。
在这些实验和测试中，需要特定的仪器来测量声音的声压和频率，通常会使用水下声传感器。
水下声传感器可以将水中声波转换为电信号，并进行测量和记录，从而确定声压级和频率等参数。
总之，水中声压级的参考声压是水中声音大小的重要指标，它与空气中的参考声压不同，需要针对不同的研究和应用场合进行选择和确定。
在水中声波的传播研究中，需要使用专门的仪器来进行实验和测试，并进行深入探究，从而更好地理解和应用声波技术。
海洋测量技术中的声呐测距与水深测量方法
海洋测量技术中的声呐测距与水深测量方法在海洋科学领域中，声呐测距和水深测量是两种基本的技术手段。
声呐测距是通过声波的传播来确定目标位置与距离的方法，而水深测量则是利用声波在水中传播的时间来计算水深。
这两种方法在海洋测量中起着重要的作用，不仅在海底地形的研究中有广泛应用，还在海洋资源开发、海底工程建设等方面具有重要意义。
声呐测距是一种常见的距离测量方法，它利用声波在水中的传播速度和回波时间来计算目标的位置与距离。
声呐测距技术被广泛应用于海洋测量中，可以用于确定船只的位置、水下目标的距离以及海底地形的轮廓。
它的原理是通过发射一束短脉冲声波，当声波遇到水中物体时，部分声波会被反射回来，通过测量反射声波的时间来计算目标与声源的距离。
而水深测量是测量海洋水深的方法，也是海洋测量中常用的技术手段。
通过发射声波并测量声波从发射到接收所需要的时间，可以计算得到水深。
这种方法非常实用，因为声波在水中传播的速度相对固定，且受到水体性质的影响较小。
因此，水深测量可以采用声呐的方式进行，通过测量声波的传播时间来计算得到水深。
尽管声呐测距和水深测量技术在海洋测量中被广泛应用，但是它们也存在一些局限性和挑战。
例如，由于声波在水中传播需要时间，因此声呐测距和水深测量的精度会受到多种因素的影响，包括水温、水盐度、底质等的变化。
此外，由于声波在传播过程中会受到水中悬浮物和海底地形等因素的影响，因此在实际测量中需要进行一定的修正和校正。
为了提高测量的精度和准确性，科学家们开展了大量的研究工作，并开发了一系列先进的声呐测距和水深测量方法。
例如，利用多波束声呐可以提高对海底地形的分辨率，通过同时发射多个声波束来获得更详细的地形信息。
此外，还可以利用多波束声呐的回散信号进行地形反演，从而获得更准确的地形模型。
除了声呐测距和水深测量方法，还有其他海洋测量技术也在不断地发展和应用。
例如，激光测距技术可以利用激光束在水中的传播来测量目标的距离。
光纤水听器综述
光纤水听器及阵列综述马宏兰周美丽（天津师范大学电子与通信工程学院）摘要：为适应水声学应用特别是水下反潜战的需要 ,在光纤技术不断发展的基础上 ,光纤水听器应运而生。
光纤水听器是一种基于光纤、光电子技术上的新型水下声传感器 ,因其在军事、民用各领域应用广泛 ,目前光纤水听器在国内外发展迅速 ,已经到达实用状态。
全光光纤水听器系统的湿端采用全光实现,信号传感与传输皆基于光纤技术。
具有抗电磁干扰、重量轻和造价低等优点。
文章简述了光纤水听器的发展历史、现状 ,论述了光纤水听器阵列的原理及其应用前景。
关键词：光纤水听器多路复用技术阵列0引言：在光纤水听器的实际应用中，由于水下声场的复杂性，单元水听器很难获得目标的详细信息，因而需要将数百乃至上千个探测基元组成大的阵列，以获得更多水声场信息，通过水听器阵列完成声场信号的波束形成，实现对水下目标的定位与指向。
在2003年8月下水的美国最新型攻击核潜艇上，装备的舷侧阵就由2 700个光纤水听器基元组成【1】。
对于大规模的光纤水听器阵列，多达数十上百基元的光纤水听器光信号都是由同一根光纤传输的，在实际系统中，这种性能就是由光纤水听器的多路复用技术实现的。
可见多路复用是光纤水听器的核心技术。
1 光纤水听器的开发自1976年美国Bucar等人发表第一篇有关光纤水听器的论文【2】以来, 各工业发达国家的海军研究部门以及有关的研究和工业部门都在积极从事光纤水听器的研究和开发,尤其以美国最为突出。
美国海军研究实验室、美国海军研究生院和Litton制导和控制公司等先后研究开发了Maeh一Zehnder、Michelson干涉仪的光纤水听器, 主要结构有心轴型、互补型(推挽式) 、平面型和椭球弯张式等光纤水听器。
这些结构水听器达到的归一化灵敏度(△。
/ 。
△P）为适应水声学应用特别是水下反潜战的需要 ,在光纤技术不断发展的基础上 ,光纤水听器应运而生。
光纤水听器是一种基于光纤、光电子技术上的新型水下声传感器 ,因其在军事、民用各领域应用广泛 ,目前光纤水听器在国内外发展迅速 ,已经到达实用状态。
测量海底深度的方法
测量海底深度的方法一、超声波测深法超声波是指成分不均质状的介质中声波传播速度不同而发生的折射现象，是一种机械波。
超声波测深就是利用超声波在海水中的传播速度来计算海底深度的方法。
在超声波测深时，冰山、海浪、水下目标、浮冰等也会对测量造成干扰，因此必须对影响测量的因素进行纠正。
声纳是一种利用声波探测水中物体的仪器。
利用声纳测量海底深度时，仪器会发射一个短脉冲声波，这些声波在海水中传播并击中海底后开始反弹，返回海面，然后被接收器接收。
声波的行程时间与声速和距离有关。
通过这两个因素，可以计算出海底的深度。
声纳测深还能实时成像，便于理解水下地形的特征。
三、卫星测深法卫星测深是一种被动测量方法，即接收来自卫星的反射信号。
当雷达发射到地球的表面时，部分信号会反弹回卫星。
卫星接收到回弹信号，通过回弹时间和信号速度，计算出海面到地球表面的距离。
再减去海面高度数据，就可以计算得到海底深度。
多波束测深法是一种声波测量方法，可以同时获取一条船线或一个区域内的海底高度信息，并且较为精确。
多波束测深法用于海洋地形的勘测，如研究海底生态系统的分布、沉积物的分布和物理性质，研究地质结构等。
多波束测深法可以为水下地质勘探、海底沉积物分析和探测目标物体提供高精度的测量数据。
测量海底深度的方法主要包括超声波测深法、声纳测深法、卫星测深法和多波束测深法。
每种方法都有其优缺点，选择合适的方法取决于具体情况，这些方法可以在探索海洋的过程中帮助我们更好地理解海底地形和水下环境。
除了上述常用的海底测量方法，还有其他一些相关技术不断进步，拓展了对海底环境的认知。
地震探测技术，它通过传播地震波测量地下结构，可以实现对海底地形的精细描述。
这种技术对于研究地质构造、探测油气资源等也非常有用。
无人机技术也开始在海洋勘探领域中得到应用。
这些无人机可以携带各种传感器进行测量、拍摄和采样，可以在没有人员风险的情况下，获得更多、更精确的海底数据。
在海洋科学领域，海底测量的重要性不言而喻。
RESON SeaBat 7125多波束测深系统在水下测量中的应用
Science &Technology Vision 科技视界0概述在经济高速发展的今天,水利运输得到了很大的发展,这为水运航道的维护提出了更高更快的要求;实际生产中,会遇到水下沉船、跨江桥梁、水下管道、跨江桥梁等情况,这些都为高精度的水下测量提出了新的课题:必须精确确定水下河床的地形及水下物体的位置和姿态,结合用美国RESON 公司生产的SeaBat7125多波束测深系统,在以上工程实践中的实际应用,通过数据处理,建立三维DTM 模型,均较清晰的反应了水下物体的姿态,为应用者设计和做出判断,提供了准确的依据。
1多波束系统1.1多波束系统简介SeaBat7125多波束测深系统的工作原理是利用水下声纳单元发射和接收脉冲声波,声波被河床或水中物体反射,部分被探头接收,由声波在水中的传播时间与声速的乖积即可计算出水深。
该系统由高分辨率声纳系统、声速探头、水下声纳传感器、全套数据采集软件包PDS2000组成;其中400kHz 声纳传感器每次可同时采集512个水深信号;最大发射开角165°;最大ping 率达50Hz(±1Hz)。
这样,它对水下地形测量是以一种全覆盖的方式进行,它测量的水下地形是一个面。
SeaBat7125多波束测深系统由基本的系统、辅助设备、数据实时采集处理系统PDS200和数据后处理软件包四部分组成。
1.2SeaBat8125多波束测量系统设备组成RESON SeaBat8125超高分辩率聚焦多波束测深系统的组成见图1。
图11.2.1RESON SeaBat 7125多波束探头RESON SeaBat 7125多波束探头是该多波束测深系统的主要设备之一。
探头为双频合一探头(200kHz or 400kHz),频率自由转换,实际工作中,操作员可根据水深、测量精度要求及声纳信号质量情况,选择控制菜单,调节测量范围、发射功率以及自动增益的大小及方式等相关参数,以期达到最佳接收信号的效果。
近场声全息技术方法简介
近场声全息技术方法简介高 随着科学技术的不断进步和人民生活水平的不断提高,噪声已成为环境和产品评价的一项重要指标,军事、交通运输、航空航天、工程机械等领域如何降低噪声水平也成为一个倍受关注的课题。
噪声控制需要从声源控制、传播途径控制和受者保护三方面进行,一般来讲,声源控制是噪声控制中最根本、最有效的手段,而主要声源的定位与识别也是噪声控制工程的关键问题。
从声源方面入手控制噪声就是要正确识别和定位声源,获得声源的声辐射特性。
近场声全息技术突破了传统上通过测量声源表面振速信息计算声场辐射特性方法的瓶颈,而将声辐射问题转化为逆问题来研究,从而可通过测量部分声场信息重建声源表面信息,根据重建信息预测整个三维声场的辐射特性,开展近场声全息技术研究对噪声和振动控制、声源识别与定位等具有非常重要的意义。
一、全息术与声全息术 20世纪40年代,全息术的概念最早出现于光学,是著名物理学家哈博(D.G abor)1948年在改进电子显微镜时发明的,最初只限于光学领域。
但实际上,前苏联早在1935年就做出了全息图的声学等效图。
1965年,李斯和帕特尼克斯对哈博提出的全息术进行了重要改进,他们让两束相干辐射波的平均传播方向不共线,解决了哈博全息术中存在的孪生像问题,并提出李斯-帕特尼克斯(Leith-Upat2 nieks)全息术。
这种全息照相术的图像记录和显示方式与常规照相术不同:全息照相术记录一个由稳定参考光和被测物体的反射光线之间的干涉图像,通过光的衍射特性显示出被测物体图像;而常规照相术则将图像直接记录在胶片上。
显然,常规照相术记录的实际上仍是二维图像信息,其三维效应是人脑想象出来的;而全息照相术通过捕获二维全息面上的信息重建真实的三维图像,因而可提供更多信息,便于更直观地观察、比较被测物体图像和实际物体。
1952年,毅森等将全息术思想推广到X射线领域,瑟斯通在1966年又将全息术用于超声波研究。
发展到今天,全息术的应用范围越来越广,诸如电子全息术、X射线全息术、光全息术、光电子全息术、微波全息术、声波全息术(包括常规声全息、近场声全息、远场声全息)等,由于全息术应用广阔,可用于进行场重建的非常直观的场研究方法,这些优点吸引了许多研究者。
《水声学》习题集+部分习题答案
绪 论1 什么是声呐？声呐可以完成哪些任务？2 请写出主动声呐方程和被动声呐方程？在声呐方程中各项参数的物理意义是什么？3 在组合声呐参数中优质因数和品质因数是什么？它们的物理意义是什么？4 声呐方程的两个基本用途是什么？5 环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？6 工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为1000Hz ，且探测沉底目标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。
7 已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB ，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。
（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域）第一章 声学基础1 什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。
2 给定水下声压p 为Pa 100，那么声强I 是多大，与参考声强r I 比较，以分贝表示的声强级是多少？3 发射换能器发射40kW 的声功率，且方向性指数t DI 为15dB ，其声源级SL 为多少？第二章 海洋声学特性1 海水中的声速与哪些因素有关？画出三种常见的海水声速分布。
2 利用经验公式计算水深10m ，温度20℃，盐度35‰时，海水对50kHz 声波的吸收系数，并与淡水情形比较。
3 用经验公式计算温度20℃，盐度20‰，水深1m 处与温度15℃，盐度30‰，水深20m 处的声速。
4 球面声波在无限、均匀的海水中传播时，导出由几何扩展和海水吸收而造成的传播损失的表达式。
5 何谓传播损失？什么情况下传播损失r r TL α+=lg 20，什么情况下r r TL α+=lg 10？试分别证明之。
式中r 为传播的水平距离，α为吸收系数。
6 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。
（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL 表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL 表达式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
空间差分干涉的光纤分布式水下声波测量董杰【摘要】To detect weak underwater acoustic signal over large areas ,an optical Distributed Acoustic Sensing(DAS) scheme based on space difference of Rayleigh backscattering was presented .In thisscheme ,Rayleigh backscattered light with phase changes induced by the acoustic signal along a single-mode sensing fiber was split and fed into an imbalanced Michelson interferometer .Adjusting the path difference of the imbalanced Michelson interferometer ,the Rayleigh backscattered light interference of different lengths of adjacent space segments along the sensing fiber was realized .Subsequently ,the phase information including the acoustic signal was demodulated by the 3 × 3 coupler demodulation technology .An underwater acoustic wave measuring system based on DAS was implemented ,which can not only locate the two acoustic positions accurately in real time ,but also restore the amplitude ,frequency and phase of sound waves .In addition ,the acoustic phase sensitivity is -148 .8 dB (re rad/μPa) at 1 kHz ,and the frequency response flatness at frequencies ranging from 100 Hz to 1500 Hz is within 1 .2 dB .The experimental results confirm that the novel Φ-OTDR technology can enable quantitative measurements of multiple acoustic information in real time .%为了实现大范围的水下微弱声波探测,提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式声波检测(DAS)技术.声波振动引起单模传感光纤中后向瑞利散射光的变化,将含有声波信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克尔逊干涉仪,调节干涉仪的臂长差实现不同长度的相邻空间段的后向瑞利散射光干涉,然后采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息,实现声波信号的测量.实验搭建了一套基于DAS 技术的水下声波测量系统,该系统不仅能够实时准确定位两个声波位置,还能还原声波的幅值、频率、相位等信息,并且实现了1 kHz情况下的-148.8 dB(re rad/μPa)水下声压相位灵敏度,100~1500 Hz频率的频响平坦度在1.2 dB之内.实验结果证实DAS技术能够实时快速地实现多个声波信息的定量测量.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)009【总页数】7页(P2317-2323)【关键词】光纤传感;后向瑞利散射;空间差分干涉;非平衡迈克尔逊干涉仪;声压相位灵敏度【作者】董杰【作者单位】山东青年政治学院信息工程学院,山东济南250103【正文语种】中文【中图分类】TP212.1;TN253Abstract： To detect weak underwater acoustic signal over large areas，an optical Distributed Acoustic Sensing(DAS) scheme based on space difference of Rayleigh backscattering was presented. In this scheme，Rayleigh backscattered light with phase changes induced by the acoustic signal along a single-mode sensing fiber was split and fed into an imbalanced Michelson interferometer. Adjusting the path difference of theimbalanced Michelson interferometer， the Rayleigh backscattered light interference of different lengths of adjacent space segments along the sensing fiber was realized. Subsequently， the phase information including the acoustic signal was demodulated by the 3×3 coupler demodulation technology. An underwater acoustic wave measuring system based on DAS was implemented， which can not only locate the two acoustic positions accurately in real time， but also restore the amplitude， frequency and phase of sound waves. In addition， the acoustic phase sensitivity is -148.8 dB(re rad/μPa) at 1 k Hz， and the frequency response flatness at frequencies ranging from 100 Hz to 1 500 Hz is within 1.2 dB. The experimental results confirm that the novel Φ-OTDR technology can enable quantitative measurements of multiple acoustic information in real time.Key words： optical fiber sensing； Rayleigh backscattering； space difference； imbalanced Michelson interferometer； acoustic phase sensitivity水声信号在建筑、地球物理和军事领域具有重要应用[1]，通常采用光纤水听器进行测量。
光纤水听器分为点式[2-3]和分布式传感器[4]，其中点式传感器存在复用容量不够大、大范围布阵困难以及传感器之间的信号串扰等难题，不适于大范围面积下的实时检测。
分布式传感器分为干涉式和反射式。
干涉式传感器主要有Michelson[5] 干涉仪，Mach-Zehnder[6] 干涉仪，Sagnac[7]干涉仪以及双Sagnac[8]、Sagnac-Machelson[9]等多种复合结构干涉仪。
干涉式传感器对于相位变化具有很高的灵敏度，但是单结构干涉传感器易受环境干扰，不能同时检测多个扰动点，复合式干涉传感器的扰动点定位复杂、光路繁琐。
光纤分布式时域反射[10](Optical Time Domain Reflectometry，OTDR)传感器的原理基于光纤外部干扰引起的瑞利、拉曼和布里渊效应。
其中，拉曼效应主要用于温度测量；布里渊效应用来测试应变信号，但不适用于快速动态信号的检测。
目前，基于瑞利散射的OTDR技术主要由传统OTDR[11-12]、相敏OTDR[13-14](Φ-OTDR)和相干OTDR(C-OTDR)[15]组成。
传统的OTDR是基于宽带光源的强度解调，系统的灵敏度受到限制。
Φ-OTDR是采用窄线宽光脉冲作为OTDR的探测光源，此系统将一个光脉冲内不同散射中心之间的相干叠加形成的相位信息转化为强度信息进行振动信息的检测，其灵敏度虽然高于传感OTDR的灵敏度，但受限于强度解调，在微弱信号检测方面的应用受到限制。
C-OTDR利用本地光与后向瑞利散射光干涉，采用相位信息的解调方案提高了灵敏度，但本地光与后向瑞利散射光干涉时的偏振严重影响系统性能。
基于以上问题，本文提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式声波检测(Distributed Acoustic Sensing，DAS)技术。
该技术将含有声波信号的后向瑞利散射信号注入到非平衡迈克尔逊干涉仪中，调制干涉仪的臂长差实现不同长度的相邻空间段内的后向瑞利散射光干涉，采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息，实现声波信号的测量。
该技术定位简单，并且相邻空间段内的瑞利散射光的偏振态及光强近似相同，利于得到高信噪比的声波信号。
2.1 后向瑞利散射光的空间差分干涉原理参考单个脉冲周期内光纤后向瑞利散射光在无扰动情况下振幅的一维脉冲响应模型[16-17]，假设探测信号是频率为f 的准单色矩形脉冲，脉宽为w，同时假设该光源的相干时间与脉宽w相比足够大。
在t=0 时将这样一个光脉冲发射进光纤，在光纤输入端获取后向瑞利散射光er(t)，可得[18]：式中：ai和τi分别是第i个散射点的振幅和时间延迟，N是设定的散射中心个数。
当(t-τi)/w≤1时，矩形函数rect[(t-τi)/w]=1，否则为0。