上海光機所提出高靈敏海洋地震波陣列探測新方案

文章來源:上海光學精密機械研究所  |  發布時間:2021-10-09  |  【打印】 【關閉

  

超強激光科學卓越創新簡報

(第二百二十三期)

2021年10月9日

上海光機所提出高靈敏海洋地震波陣列探測新方案

  近日,中國科學院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室,提出一种基于密集多信道融合的高性能分布式光纤声波传感实现海洋水声与地震探测新方案,相关研究成果发表于《光波技术学报》(Journal of Lightwave Technology)。

  分布式聲波光纖傳感技術(DAS)具有傳感範圍大、時空精度高、環境適應性強等優勢,在多個領域得到了廣泛應用。近年來,由于具有耐腐蝕、便于布設、易于形成大規模高精度同步探測陣列的獨特優勢,DAS得到了海洋水聲和海洋地震領域的重點關注,但是存在信噪比低、可靠性差的內在物理難題。爲了提升DAS探測性能,目前研究主要集中在基于複雜系統架構的分集發射接收方面,雖然在一定程度上可以優化系統性能,但是難以形成大的分集規模,實用效果有限。尋找新的高性能DAS方案實現海洋水聲與地震的陣列探測,是科研人員研究的重點。

  研究团队提出一种基于密集多信道融合的高性能分布式光纤声波传感实现海洋水声与地震探测新方案。对分布式传感范式下的密集多信道信息进行数据融合,突破了瑞利散射微弱、脉冲内干涉衰落等DAS内在物理限制,解决了信噪比不足和可靠性差的难题。2017年起,研究团队即针对DAS独特的分布式密集探测新范式进行研究攻关,并以此先后赋予了DAS分布式立体定位能力[Opt. Lett., 2019, 44(7):1690-1693]和定向侦听能力[Opt. Lett., 2020, 45(20):5672-5675],并得到了Laser Focus World[2020, 11, 16-17]等国际主流媒体的报道。该研究则是在这一新范式下,利用多信道数据的内在关联性来解决DAS的内在物理限制,提升性能升级。实验发现,通过近百个无筛选信道的增益合成,可以有效挖掘空间分集收益,消除干涉衰落引起的信号畸变与随机探测盲区,实现稳定可靠的分布式探测;利用120个信道复用,可以有效抑制信道无关噪声,将系统SNR提升20dB。该成果将分布式传感新范式成功应用于DAS技术,实现了信号衰落抑制与灵敏度提升,有望解决实际应用可靠性差、灵敏度不足等问题,推动DAS在海洋水声和地震阵列探测的大规模应用。

  相關研究得到了國家科技部重點研發項目、國家自然科學基金、以及上海市自然科學基金的支持。(中科院空間激光信息傳輸與探測技術重點實驗室供稿)

  原文鏈接

 

多信道數據融合實驗結果。(a)信號衰落抑制效果對比;(b)系統靈敏度提升效果。